CN107826173B - 一种机器人弹跳机构及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机器人弹跳机构及其工作方法。本发明所述机器人弹跳机构，利用弹簧片储能，实现弹簧片的缓慢卷起和突然释放，通过板簧片敲打地面获得反作用力以完成弹跳运动。本发明所述机器人弹跳机构，可实现有目的的弹跳运动，行程长短可控，过程中通过棘轮棘爪结构辅助弹簧片储能，安全可靠，而且释放过程可通过电机控制实现随之停止，便于其扩展应用于建筑工地用卷扬机等场合。

Description

一种机器人弹跳机构及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种机器人弹跳机构及其工作方法，属于机器人机构的技术领域。
背景技术
现有技术中多数机器人的运动形式主要是轮式、履带及多足式，这些设备在地势平坦的陆地较为高效，但难以跨越高凸起类障碍，机器人所能跨越障碍的高度受到行走单元尺寸、重心位置及其与地形之间的摩擦等多种因素的影响，如轮式机器人只能通过比其驱动轮半径矮的障碍物。
弹跳功能对提高机器人的运动性能和环境适应能力很有意义，通过弹跳运动，机器人可以跨越低矮障碍和台阶，与行进运动相互配合，能够适应更多的地形情况。现有技术中虽然已经有关于弹跳机器人的研究，例如，中国专利CN107021143A公开了一种仿蝗虫跳跃机器人；但是以该仿蝗虫跳跃机器人为代表的现有技术中跳跃机器人的弹跳结构大都结构比较复杂，应用范围比较小。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种机器人弹跳机构。
本发明提供一种上述机器人弹跳机构的工作方法。
发明概述：
本发明所述机器人弹跳机构，利用弹簧片储能，实现弹簧片的缓慢卷起和突然释放，通过板簧片敲打地面获得反作用力以完成弹跳运动。
本发明的技术方案为：
一种机器人弹跳机构，包括收放装置和弹簧片；
所述收放装置包括支架和电机；所述电机的外侧壁上依次套接设置有套筒、端齿轮和卷筒；所述套筒上还套接设置有使端齿轮复位的弹簧；所述电机通过套筒与支架固定连接；所述端齿轮的外侧壁上设置有花键，端部设置有两个斜滑槽；所述电机的转轴上设置有与所述斜滑槽相配合的拨动轮；所述卷筒与所述套筒转动连接；所述卷筒的内侧壁上设置有凸台，所述凸台上设置有与所述花键相配合的花键槽，所述卷筒的外侧壁上缠绕设置有缆绳；所述缆绳的自由端与所述弹簧片固定连接；所述套筒与所述端齿轮之间设置有单向旋转系统。所述单向旋转系统使端齿轮只能在套筒上单向旋转。本发明所述弹跳机构在使用时，所述收放装置和弹簧片分别与机器人机体固联。
根据本发明优选的，所述单向旋转系统的具体结构如下：所述套筒的外侧壁上沿着圆周方向固定多个同向棘爪；所述端齿轮的内侧壁上设置有与所述棘爪相配合的棘齿。
进一步优选的，所述棘爪通过销钉固定设置在所述套筒的外侧壁上。
根据本发明优选的，两个斜滑槽反对称设置；滑动槽的一侧为垂直面，另一侧为小角度周向斜坡。
根据本发明优选的，所述卷筒内侧面的花键槽为轴向不完全花键槽。
根据本发明优选的，所述拨动轮包括与斜滑槽啮合的拨动轮齿。
根据本发明优选的，所述卷筒通过轴承转动设置在所述套筒的外侧壁上。
一种上述机器人弹跳机构的工作方法，包括步骤如下：
1)电机正向旋转，拨动轮带动端齿轮正向转动，端齿轮内侧壁上的棘齿与所述套筒的外侧壁上的棘爪相对滑动；端齿轮外侧壁上的花键与卷筒内侧壁上的花键槽配合，带动所述卷筒正向转动；所述卷筒通过缠绕缆绳将弹簧片拉弯，逐步完成储能过程；
2)电机反向转动，所述拨动轮带动端齿轮反向转动；端齿轮内侧壁的棘齿与所述套筒的外侧壁上的棘爪啮合，端齿轮不旋转；拨动轮上的拨动轮齿沿端齿轮端面的小角度周向斜坡滑动的同时推动端齿轮产生轴向位移，压缩弹簧，同时端齿轮外侧壁的花键沿卷筒的内侧壁的花键槽滑动；此过程中缆绳保持绷紧状态不动；
3)当端齿轮外侧壁上的花键滑出卷筒内侧壁的轴向不完全花键槽时，卷筒失去平衡，弹簧片储存的能量被瞬间释放，通过缆绳拉动卷筒快速旋转。
根据本发明优选的，弹簧片储存的能量被瞬间释放后，所述花键旋转至相应的花键槽位置，所述弹簧回弹，将所述花键弹回相应的花键槽内，整个弹跳机构恢复初始状态。
本发明的有益效果为：
1.本发明所述机器人弹跳机构，可实现有目的的弹跳运动，行程长短可控，过程中通过棘轮棘爪结构辅助弹簧片储能，安全可靠，而且释放过程可通过电机控制实现随之停止，便于其扩展应用于建筑工地用卷扬机等场合；
2.本发明所述机器人弹跳机构，结构简单，对环境要求相对较低，灵动性较强，使机器人获得跨越比其自身尺寸大的障碍物的能力。
附图说明
图1为本发明所述机器人弹跳机构的结构示意图；
图2为本发明所述收放装置的结构示意图；
图3为图2在A-A方向的截面图；
图4为本发明所述端齿轮的结构示意图；
图5为本发明所述卷筒的结构示意图；
图6为图5在A-A方向的截面图；
图7为本发明所述拨动轮的结构示意图；
其中，1、收放装置；2、缆绳；3、弹簧片；1-1、支架；1-2、卷筒；1-3、拨动轮；1-4、销钉；1-5、棘爪；1-6、端齿轮；1-7、弹簧；1-8、电机；1-9、轴承；1-10、套筒；1-11、花键；1-12、垂直面；1-13、小角度周向斜坡；1-14、花键槽；1-15、拨动轮齿。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例1
如图1-7所示。
一种机器人弹跳机构，包括收放装置1和弹簧片3；
所述收放装置包括支架1-1和电机1-8；所述电机1-8的外侧壁上依次套接设置有套筒1-10、端齿轮1-6和卷筒1-2；所述套筒1-10上还套接设置有使端齿轮复位的弹簧1-7；所述电机1-8通过套筒1-10与支架1-1固定连接；所述端齿轮1-6的外侧壁上设置有四个花键1-11，端部设置有两个斜滑槽；所述电机1-8的转轴上设置有与所述斜滑槽相配合的拨动轮1-3；所述卷筒1-2与所述套筒1-10转动连接；所述卷筒1-2的内侧壁上设置有四个凸台，所述凸台上设置有与所述花键1-11相配合的花键槽1-14，所述卷筒1-2的外侧壁上缠绕设置有缆绳2；所述缆绳2的自由端与所述弹簧片3固定连接；所述套筒1-10与所述端齿轮1-6之间设置有单向旋转系统。所述单向旋转系统使端齿轮1-6只能在套筒1-10上单向旋转。本发明所述弹跳机构在使用时，所述收放装置1和弹簧片3分别与机器人机体固联。
所述单向旋转系统的具体结构如下：所述套筒1-10的外侧壁上沿着圆周方向固定四个同向棘爪1-5；所述端齿轮1-6的内侧壁上设置有与所述棘爪1-5相配合的棘齿。所述棘爪1-5通过销钉1-4固定设置在所述套筒1-10的外侧壁上。
实施例2
如实施例1所述的机器人弹跳机构，进一步的，两个斜滑槽反对称设置；滑动槽的一侧为垂直面1-12，另一侧为小角度周向斜坡1-13。
实施例3
如实施例1所述的机器人弹跳机构，进一步的，所述卷筒1-2内侧面的花键槽1-14为轴向不完全花键槽。所述拨动轮1-3包括与斜滑槽啮合的拨动轮齿1-15。所述卷筒1-2通过轴承1-9转动设置在所述套筒1-10的外侧壁上。
实施例4
一种实施例1-3所述机器人弹跳机构的工作方法，包括步骤如下：
1)电机1-8正向旋转，拨动轮1-3带动端齿轮1-6正向转动，端齿轮1-6内侧壁上的棘齿与所述套筒1-10的外侧壁上的棘爪1-5相对滑动；端齿轮1-6外侧壁上的花键1-11与卷筒1-2内侧壁上的花键槽1-14配合，带动所述卷筒1-2正向转动；所述卷筒1-2通过缠绕缆绳2将弹簧片3拉弯，逐步完成储能过程；
2)电机1-8反向转动，所述拨动轮1-3带动端齿轮1-6反向转动；端齿轮1-6内侧壁的棘齿与所述套筒1-10的外侧壁上的棘爪1-5啮合，端齿轮1-6不旋转；拨动轮1-3上的拨动轮齿1-15沿端齿轮1-6端面的小角度周向斜坡1-13滑动的同时推动端齿轮1-6产生轴向位移，压缩弹簧1-7，同时端齿轮1-6外侧壁的花键1-11沿卷筒1-2的内侧壁的花键槽1-14滑动；此过程中缆绳2保持绷紧状态不动；
3)当端齿轮1-6外侧壁上的花键1-11滑出卷筒1-2内侧壁的轴向不完全花键槽时，卷筒1-2失去平衡，弹簧片3储存的能量被瞬间释放，通过缆绳2拉动卷筒1-2快速旋转。
实施例5
如实施例4所述的机器人弹跳机构的工作方法，所不同的是，所述弹簧片3储存的能量被瞬间释放后，所述花键1-11旋转至相应的花键槽1-14位置，所述弹簧1-7回弹，将所述花键1-11弹回相应的花键槽1-14内，整个弹跳机构恢复初始状态。

Claims (9)

1.一种机器人弹跳机构，其特征在于，包括收放装置和弹簧片；所述收放装置包括支架和电机；所述电机的外侧壁上依次套接设置有套筒、端齿轮和卷筒；所述套筒上还套接设置有使端齿轮复位的弹簧；所述电机通过套筒与支架固定连接；所述端齿轮的外侧壁上设置有花键，端部设置有两个斜滑槽；所述电机的转轴上设置有与所述斜滑槽相配合的拨动轮；所述卷筒与所述套筒转动连接；所述卷筒的内侧壁上设置有凸台，所述凸台上设置有与所述花键相配合的花键槽，所述卷筒的外侧壁上缠绕设置有缆绳；所述缆绳的自由端与所述弹簧片固定连接；所述套筒与所述端齿轮之间设置有单向旋转系统。
2.根据权利要求1所述的机器人弹跳机构，其特征在于，所述单向旋转系统的具体结构如下：所述套筒的外侧壁上沿着圆周方向固定多个同向棘爪；所述端齿轮的内侧壁上设置有与所述棘爪相配合的棘齿。
3.根据权利要求2所述的机器人弹跳机构，其特征在于，所述棘爪通过销钉固定设置在所述套筒的外侧壁上。
4.根据权利要求1所述的机器人弹跳机构，其特征在于，两个斜滑槽反对称设置；滑动槽的一侧为垂直面，另一侧为小角度周向斜坡。
5.根据权利要求1所述的机器人弹跳机构，其特征在于，所述卷筒内侧面的花键槽为轴向不完全花键槽。
6.根据权利要求1所述的机器人弹跳机构，其特征在于，所述拨动轮包括与斜滑槽啮合的拨动轮齿。
7.根据权利要求1所述的机器人弹跳机构，其特征在于，所述卷筒通过轴承转动设置在所述套筒的外侧壁上。
8.一种如权利要求1-7任意一项所述机器人弹跳机构的工作方法，其特征在于，包括步骤如下：
1)电机正向旋转，拨动轮带动端齿轮正向转动，端齿轮内侧壁上的棘齿与所述套筒的外侧壁上的棘爪相对滑动；端齿轮外侧壁上的花键与卷筒内侧壁上的花键槽配合，带动所述卷筒正向转动；所述卷筒通过缠绕缆绳将弹簧片拉弯，逐步完成储能过程；
2)电机反向转动，所述拨动轮带动端齿轮反向转动；端齿轮内侧壁的棘齿与所述套筒的外侧壁上的棘爪啮合，端齿轮不旋转；拨动轮上的拨动轮齿沿端齿轮端面的小角度周向斜坡滑动的同时推动端齿轮产生轴向位移，压缩弹簧，同时端齿轮外侧壁的花键沿卷筒的内侧壁的花键槽滑动；此过程中缆绳保持绷紧状态不动；
3)当端齿轮外侧壁上的花键滑出卷筒内侧壁的轴向不完全花键槽时，卷筒失去平衡，弹簧片储存的能量被瞬间释放，通过缆绳拉动卷筒快速旋转。
9.根据权利要求8所述的机器人弹跳机构的工作方法，其特征在于，弹簧片储存的能量被瞬间释放后，所述花键旋转至相应的花键槽位置，所述弹簧回弹，将所述花键弹回相应的花键槽内，整个弹跳机构恢复初始状态。
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