CN107600217B - 弹跳机器人腿以及弹跳机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弹跳机器人腿，通过在六边形结构的底杆下方安装行走轮，并且行走轮可以利用第二电机转向，从而在腿部增加转向结构，使弹跳机器人的腿部可完成转向动作，有利于简化整体结构，这样的弹跳机器人腿包括跳跃、转向、轮式结构，可满足多种工况下的行走，可进行跳跃，快速移动和狭小空间原地转动等多种动作。并且，采用六连杆加弹簧作为弹跳结构，一方面腿部结构的稳定性可靠，另一方面弹簧能量利用率高。再则，利用拉索拉动弹簧蓄能，使弹跳的灵活性更高，响应及时迅速。并利用该弹跳机器人腿提供了一种可满足多种工况下行走、可进行跳跃，快速移动和狭小空间原地转动等多种动作的弹跳机器人，具有构思巧妙、结构简单等特点。

Description

弹跳机器人腿以及弹跳机器人

技术领域

本发明属于弹跳机器人技术领域，具体地讲，特别涉及一种弹跳机器人腿以及弹跳机器人。

背景技术

目前，弹跳机器人作为一种移动平台，灵活性好，可以适应崎岖不平的地形，遇到障碍或沟壑时能够轻松越过，尤其是在外太空低重力环境下，其空间移动范围远远大于轮式或足式机器人。基于上述优越性，国内外研究机构针对弹跳机器人进行了各种设计，其中腿部结构主要集中在多连杆仿生结构，其弹跳动作主要通过弹簧蓄能实现。弹跳机器人腿部的结构中，在四连杆或六连杆对角线安装弹簧的结构较为广泛，申请号为201410816643.3的发明专利中即采用了四连杆弹簧蓄能的结构；NASA的第三代弹跳机器人也采用了六连杆弹跳与轮式结合的腿部结构。但是，这些弹跳机器人的腿部结构均不具有转向功能，转向结构只能另外设置，造成整体结构复杂、质量大、能耗大；并且，现有弹跳机器人的蓄能方式主要通过齿轮转动连杆来拉伸弹簧，驱动弹簧拉伸的结构质量大、导致弹跳动作响应慢，多工况适应性差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一在于提供一种具备转向功能的弹跳机器人腿。

本发明解决技术问题之一的技术方案如下：一种弹跳机器人腿，包括上下平行的顶杆和底杆，在所述顶杆与底杆之间连接有前后对称布置的两组连杆，每一组连杆均包括上连杆和下连杆，每一所述上连杆的上端均与顶杆的底部铰接，在两个上连杆与顶杆的铰接点之间留有间距，每一所述上连杆的下端与对应下连杆的上端铰接，每一所述下连杆的下端与底杆的顶部铰接，在两个下连杆与底杆的铰接点之间留有间距，所述顶杆、底杆和两组连杆组成封闭且前后对称、上下对称的六边形，在所述底杆上固定有拉索，所述拉索的上端穿过顶杆连接有驱动装置，所述拉索沿所述六边形的竖向中心轴布置，在前后两个上连杆与下连杆的铰接点之间连接有第一弹簧，当驱动装置拉动拉索时，所述顶杆与底杆相互靠近，所述第一弹簧拉伸蓄能，当驱动装置放开拉索时，所述第一弹簧收缩释放能量；在所述底杆下方固定有竖向的连接轴，在所述连接轴的下端固定有第一电机，所述第一电机的输出轴水平布置，在所述第一电机的输出轴上安装有同轴的行走轮，在所述连接轴上还固套有大齿轮，在所述底杆上固定有第二电机，所述第二电机的输出轴通过小齿轮与大齿轮啮合。

采用上述结构，在底杆下方安装行走轮，并且行走轮可以利用第二电机转向，从而在腿部增加转向结构，使弹跳机器人的腿部即可完成转向动作，有利于简化整体结构，这样的弹跳机器人腿包括跳跃、转向、轮式结构，可满足多种工况下的行走，可进行跳跃，快速移动和狭小空间原地转动等多种动作。并且，采用六连杆加弹簧作为弹跳结构，一方面腿部结构的稳定性可靠，另一方面弹簧能量利用率高。再则，利用拉索拉动弹簧蓄能，不仅结构更加简单，质量更轻，而且使弹跳的灵活性更高，响应更加及时迅速。

在每一所述上连杆与顶杆之间均铰接有第二弹簧，前后两个上连杆上的第二弹簧沿所述六边形的竖向中心轴对称布置。这样利用第二弹簧一方面可以进行缓冲、提高稳定性，另一方面可以在拉索拉动时受到压缩蓄能，为弹跳提供更多的能量。

在每一所述下连杆与底杆之间均铰接有第三弹簧，前后两个下连杆上的第三弹簧沿所述六边形的中心轴对称布置。这样利用第三弹簧一方面可以进行缓冲、提高稳定性，另一方面可以在拉索拉动时受到压缩蓄能，为弹跳提供更多的能量。

与每一所述上连杆铰接的下连杆并排布置有两个。强度更高、更加稳定可靠。

本发明所要解决的技术问题之二在于提供一种结构简单、动作响应快、适应多工况的弹跳机器人。

本发明解决技术问题之二的技术方案如下：一种弹跳机器人，包括两个前腿和两个后腿，所述前腿由以上技术方案所述的弹跳机器人腿构成，所述后腿由以上技术方案所述弹跳机器人腿去掉第二电机、小齿轮以及大齿轮构成，还包括水平的安装板，所述安装板的前端左右两边对称收窄，两个所述前腿固定在安装板前端的收窄部左右两边，并且两个所述前腿沿安装板前后方向的中心线对称布置，两个所述后腿固定在安装板后端的左右两边，并且两个所述后腿沿安装板前后方向的中心线对称布置，所述前腿和后腿的六边形均沿前后方向布置，两个所述前腿之间的距离比两个所述后腿之间的距离短；在所述安装板上开有供拉索穿过的过孔，每一所述拉索对应的驱动装置均固定在安装板上。

这样利用前述可跳跃、行走、转向的弹跳机器人腿作为前腿，后腿则去掉转向结构，并将前腿之间的距离设置成比后腿之间的距离短，从而提供了一种结构简单、动作响应快、适应多工况的弹跳机器人，使用中前后腿不会相互干涉。

每一所述拉索的驱动装置均包括第三电机、第一齿轮、第二齿轮和卷扬轴，所述第三电机的输出轴与第一齿轮同轴固定或者传动连接，所述第一齿轮为不完全齿轮，所述第一齿轮与第二齿轮啮合，所述第二齿轮与卷扬轴同轴固定，所述拉索缠绕固定在卷扬轴上。拉索的驱动装置结构简单，第一齿轮采用不完全齿轮，可以利用不完全的部分释放拉索，从而完成弹跳动作。

作为优选，两个所述前腿的拉索共用同一驱动装置，两个所述后腿的拉索也共用同一驱动装置。这样不仅可以确保两个前腿/后腿的同步性，也可以减轻整体的重量。事实上，也可以是每个拉索单独一个驱动装置，还可以是四个拉索共用同一驱动装置，根据实际需要设置，不做限定。

有益效果：本发明通过在六连杆弹簧机构的下方安装可转动的行走轮，从而使弹跳机器人的腿部可完成跳跃、转向、行走动作，从而提供了一种可满足多种工况下行走、可进行跳跃，快速移动和狭小空间原地转动等多种动作的弹跳机器人腿以及弹跳机器人，具有构思巧妙、结构简单等特点。

附图说明

图1为实施例一的结构示意图。

图2为图1的立体图。

图3为实施例二的结构示意图。

图4为图3的立体图。

图中标记如下：顶杆1、上连杆2、第二弹簧3、第一弹簧4、下连杆5、第三弹簧6、拉索7、底杆8、第二电机9、行走轮10、大齿轮11、小齿轮12、第一电机13、第三电机14、第一齿轮15、第二齿轮16、卷扬轴17、安装板18。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述的实施例示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不应理解为限制本发明的具体保护范围。此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。

在本发明中，除另有明确规定和限定，如有术语“组装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应作广义去理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部相连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述的术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式作进一步的描述，使本发明的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。

实施例一：

如图1和图2所示，本实施例包括上下平行的顶杆1和底杆8，在所述顶杆1与底杆8之间连接有前后对称布置的两组连杆，每一组连杆均包括上连杆2和下连杆5。每一所述上连杆2的上端均与顶杆1的底部铰接，在两个上连杆2各自与顶杆1的铰接点之间留有间距，每一所述上连杆2的下端与对应下连杆5的上端铰接，每一所述下连杆5的下端与底杆8的顶部铰接，在两个下连杆5各自与底杆8的铰接点之间留有间距。所述顶杆1、底杆8和两组连杆组成封闭且前后对称、上下对称的六边形。在所述底杆8上固定有拉索7，所述拉索7的上端穿过顶杆1连接有驱动装置，所述拉索7沿所述六边形的竖向中心轴布置。在前后两个上连杆2与下连杆5的铰接点之间连接有第一弹簧4，当驱动装置拉动拉索7时，所述顶杆1与底杆8相互靠近，所述第一弹簧4拉伸蓄能，当驱动装置放开拉索7时，所述第一弹簧4收缩释放能量。

在所述底杆8下方固定有竖向的连接轴，在所述连接轴的下端固定有第一电机13，所述第一电机13的输出轴水平布置，在所述第一电机13的输出轴上安装有同轴的行走轮10。在所述连接轴上还固套有大齿轮11，在所述底杆8上固定有第二电机9，所述第二电机9的输出轴通过小齿轮12与大齿轮11啮合。

在每一所述上连杆2与顶杆1之间均铰接有第二弹簧3，前后两个上连杆2上的第二弹簧3沿所述六边形的竖向中心轴对称布置。在每一所述下连杆5与底杆8之间均铰接有第三弹簧6，前后两个下连杆5上的第三弹簧6沿所述六边形的中心轴对称布置。与每一所述上连杆2铰接的下连杆5并排布置有两个。

实施例二：

如图3和图4所示，本实施例包括两个前腿和两个后腿，所述前腿由实施例一所述的弹跳机器人腿构成，所述后腿由实施例一所述弹跳机器人腿去掉第二电机9、小齿轮12以及大齿轮11构成。本实施例还包括水平的安装板18，所述安装板18的前端左右两边对称收窄，两个所述前腿固定在安装板18前端的收窄部左右两边，并且两个所述前腿沿安装板18前后方向的中心线对称布置。两个所述后腿固定在安装板18后端的左右两边，并且两个所述后腿沿安装板18前后方向的中心线对称布置。所述前腿和后腿的六边形均沿前后方向布置，两个所述前腿之间的距离比两个所述后腿之间的距离短。在所述安装板18的底部还可以设有其他辅助杆件，辅助杆件与每一腿部的顶杆拼接构成水平的框架，用以加强结构整体的牢固性和稳定性。在所述安装板18上开有供拉索7穿过的过孔，每一所述拉索7对应的驱动装置均固定在安装板18上。

每一所述拉索7的驱动装置均包括第三电机14、第一齿轮15、第二齿轮16和卷扬轴17，所述第三电机14的输出轴与第一齿轮15同轴固定。所述第一齿轮15为不完全齿轮，所述第一齿轮15与第二齿轮16啮合，所述第二齿轮16与卷扬轴17同轴固定，所述拉索7缠绕固定在卷扬轴17上。为了减轻重量，确保左右两个腿部之间的同步性，本实施例优选两个所述前腿的拉索7共用同一驱动装置，两个所述后腿的拉索7也共用同一驱动装置。事实上，针对复杂的工况，为了确保跃障能力，也可以是每个拉索7单独一个驱动装置。并且，根据第三电机14转速、第一齿轮15和第二齿轮16的大小、以及拉索7的行程等综合因素考虑，所述第三电机14与第一齿轮15之间也可以设有减速器或其他齿轮结构将二者传动连接。

Claims (5)

1.一种弹跳机器人腿，其特征在于：包括上下平行的顶杆和底杆，在所述顶杆与底杆之间连接有前后对称布置的两组连杆，每一组连杆均包括上连杆和下连杆，每一所述上连杆的上端均与顶杆的底部铰接，在两个上连杆与顶杆的铰接点之间留有间距，每一所述上连杆的下端与对应下连杆的上端铰接，每一所述下连杆的下端与底杆的顶部铰接，在两个下连杆与底杆的铰接点之间留有间距，所述顶杆、底杆和两组连杆组成封闭且前后对称、上下对称的六边形，在所述底杆上固定有拉索，所述拉索的上端穿过顶杆连接有驱动装置，所述拉索沿所述六边形的竖向中心轴布置，在前后两个上连杆与下连杆的铰接点之间连接有第一弹簧，当驱动装置拉动拉索时，所述顶杆与底杆相互靠近，所述第一弹簧拉伸蓄能，当驱动装置放开拉索时，所述第一弹簧收缩释放能量；在所述底杆下方固定有竖向的连接轴，在所述连接轴的下端固定有第一电机，所述第一电机的输出轴水平布置，在所述第一电机的输出轴上安装有同轴的行走轮，在所述连接轴上还固套有大齿轮，在所述底杆上固定有第二电机，所述第二电机的输出轴通过小齿轮与大齿轮啮合；在每一所述上连杆与顶杆之间均铰接有第二弹簧，前后两个上连杆上的第二弹簧沿所述六边形的竖向中心轴对称布置；在每一所述下连杆与底杆之间均铰接有第三弹簧，前后两个下连杆上的第三弹簧沿所述六边形的中心轴对称布置。

2.根据权利要求1所述的弹跳机器人腿，其特征在于：与每一所述上连杆铰接的下连杆并排布置有两个。

3.一种弹跳机器人，其特征在于：包括两个前腿和两个后腿，所述前腿由权利要求1或2所述的弹跳机器人腿构成，所述后腿由权利要求1或2所述弹跳机器人腿去掉第二电机、小齿轮以及大齿轮构成，还包括水平的安装板，所述安装板的前端左右两边对称收窄，两个所述前腿固定在安装板前端的收窄部左右两边，并且两个所述前腿沿安装板前后方向的中心线对称布置，两个所述后腿固定在安装板后端的左右两边，并且两个所述后腿沿安装板前后方向的中心线对称布置，所述前腿和后腿的六边形均沿前后方向布置，两个所述前腿之间的距离比两个所述后腿之间的距离短；在所述安装板上开有供拉索穿过的过孔，每一所述拉索对应的驱动装置均固定在安装板上。

4.根据权利要求3所述的弹跳机器人，其特征在于：每一所述拉索的驱动装置均包括第三电机、第一齿轮、第二齿轮和卷扬轴，所述第三电机的输出轴与第一齿轮同轴固定或者传动连接，所述第一齿轮为不完全齿轮，所述第一齿轮与第二齿轮啮合，所述第二齿轮与卷扬轴同轴固定，所述拉索缠绕固定在卷扬轴上。

5.根据权利要求4所述的弹跳机器人，其特征在于：两个所述前腿的拉索共用同一驱动装置，两个所述后腿的拉索也共用同一驱动装置。