CN108674507A - 一种弹跳起飞的滑翔机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种弹跳起飞的滑翔机器人，能够实现平稳起跳，弹跳过程不发生翻转，落地后姿态稳定，并能够调整起跳角度、连续弹跳以及滑翔前进，从而达到符合要求的跳跃距离和高度，本发明采用的机构简单，轻便，弹跳高，距离远，并可以通过远程遥控在复杂环境下完成任务。本装置不仅可以应用在特殊环境下，比如在抢险救灾中现场搜救，外星球地面探索，还可以应用到军事上，比如深入到危险地带侦察情报，甚至可以携带小型生化武器。

Description

一种弹跳起飞的滑翔机器人

技术领域

本发明属于机器人技术领域，涉及一种弹跳滑翔的机器人，具备自主调节弹跳角度、连续弹跳与滑翔前进运动能力，主要用在复杂环境或军事侦察、战场探测、近身反恐、集群攻击与干扰等场景。

背景技术

在机器人领域里，随着科技覆盖面的逐步增大，探索新领域所需要的技术难题也在逐步增大，传统的轮式或履带式机器人的地形适应能力有限，往往会由于地形障碍而失效。而在面对外星球探索、灾后搜救以及军事侦察这些复杂而危险的场合时，弹跳机器人因为其优越的越障能力而得到广泛关注。因此，为了扩展适合艰难地形和特殊领域的研究方法越来越多的学者把研究目标从传统机器人转移到足式弹跳机器人的方向上。通过对弹跳机器人的研究，可以提升机器人运动性能、稳定性能与精确操控性，对未来机器人的改进提供一定的帮助。

目前，国内外大多数的弹跳机器人弹跳时会出现翻转，从而降落时不能实现稳定着陆，要依靠辅助装置来恢复起跳姿态再进行下一个弹跳，这样不仅使机构冗余，而且要花费多余的时间用来调整身体，还有以往的机构只是在重复弹跳动作，并不能使弹跳机器人连续前进，这样不但使弹跳机器人机构复杂而且还限制了弹跳机器人的使用性。

为了使弹跳机器人获得更实用、更有效的使用功能，在弹跳机器人上增加一个滑翔机构，不仅能使弹跳机器人弹跳姿态稳定，跳的更远，而且利用滑翔机构能使弹跳机器人稳定落地，随即准备下次弹跳，不需要利用辅助设备使弹跳机器人恢复姿态，那么弹跳机器人的功能将显著增强，无论在科学研究还是军工应用上，都有重要价值。

已有的中国专利CN200910263292.7提出“可自主跳跃式起飞的滑翔机器人”与本发明相近。该发明提供一种可自主跳跃式起飞的滑翔机器人，包括机架以及设置在机架上的弹跳装置、滑翔装置、驱动装置，其弹跳装置采用凸轮、齿轮与扭簧的形式，并安装在机架上，该装置不仅复杂笨重，而且齿轮传动复杂，能量利用率低，耗能较大，因此该专利实用性低，实现可能性低。

因此，本发明专利提出设计一种机构简单、重量轻、能量利用率高，具备调整角度、连续弹跳与滑翔前进的弹跳机器人，不仅可以应用在特殊环境下，比如在抢险救灾中现场搜救，外星球地面探索，还可以应用到军事上，比如深入到危险地带侦察情报，甚至可以携带小型生化武器。

发明内容

本发明解决的技术问题是：本发明的目的在于提供一种能够实现平稳起跳，弹跳过程不发生翻转，落地后姿态稳定，并能够调整起跳角度、连续弹跳以及滑翔前进，从而达到符合要求的跳跃距离和高度，本发明采用的机构简单，轻便，弹跳高，距离远，并可以通过远程遥控在复杂环境下完成任务。

本发明的技术方案是：一种弹跳起飞的滑翔机器人，包括电源27、地面支撑组件、连接支架33、翅膀组件、底座19、扭簧8、感应系统、第一传动系统、第二传动系统、控制系统28、第一连接杆15、第二连接杆11和第三连接杆12；连接支架33两端对称连接有翅膀组件，且第一传动系统位于连接支架上；底座19上设有感应系统和第二传动系统，第一连接杆15一端与第二传动系统连接，且在第二传动系统带动下，第一连接杆15能够在同一平面内周向转动；第一连接杆15另一端与第三连接杆12铰接，且第一连接杆15轴线与第三连接杆12轴线存在夹角；第二连接杆11一端与第一连接杆15杆体铰接，第三连接杆12另一端和第二连接杆11另一端均与连接支架侧壁的两端铰接，且第二连接杆11和第三连接杆12轴线相互平行，第一连接杆15、第二连接杆11、第三连接杆12以及连接支架33构成一个四连杆结构；所述第一传动系统包括减速电机22、缺齿齿轮23、副齿轮24、滑轮25和绞线10，其中缺齿齿轮23和副齿轮24相互啮合，缺齿部分的距离大于副齿轮24的内径；副齿轮24和滑轮25同轴连接，绞线10一端连接在第一连接杆15与第二传动系统连接的一端处，另一段缠绕在滑轮25上；扭簧8一端固连在第二连接杆上，另一端固连在连接支架上；底座19接触地面时，感应系统发出信号至控制系统，控制系统驱动减速电机22进行转动；减速电机22驱动缺齿齿轮23转动，缺齿齿轮23带动副齿轮24转动，从而带动滑轮25同轴转动，滑轮25转动使得绞线10缩短，第一连接杆15和第二连接杆11之间的夹角变小，扭簧压缩储能；缺齿齿轮23、副齿轮24相互啮合至缺齿处时，弹性势能释放，滑轮25反向转动，绞线10伸长，第一连接杆15和第二连接杆11之间的夹角变大，机器人起跳滑翔；地面支撑组件采用弹性材料制成，电源27为机器人其余装置供电。

本发明的进一步技术方案是：所述第二传动系统包括舵机17和舵盘18；所述舵盘18与第一连接杆15铰接，舵机的输出轴连接到第一连接杆上，并穿过第一连接杆连接到固定块21上。

本发明的进一步技术方案是：所述固定块21与舵机17对称分布，用于保持重心平衡且与舵机一起限定第一连接杆的位置。

本发明的进一步技术方案是：所述地面支撑组件包括两个支撑杆29和1个支撑环30，且两个支撑杆和1个支撑环均采用弹性材料制成，整体构成三角架形状，两个支撑杆一端与连接支架上的U型架31连接，支撑环一端与连接件9连接。

本发明的进一步技术方案是：所述连接支架33为一个整体，用来固定减速电机22、给定滑轮25与副齿轮24的安装位置，连接两个支撑杆29以及连接两个翅膀连杆4。

本发明的进一步技术方案是：所述翅膀组件包括翅面1、翅膀连接装置2、翅膀连杆4和翅膀前缘架3，翅面1分别粘接在翅膀连杆4和翅膀前缘架3上，所述的翅膀连杆4与连接支架连接，所述的翅膀前缘架通过翅膀连接装置2与翅膀连杆连接。

本发明的进一步技术方案是：所述翅膀连杆4和翅膀前缘架3连接处通过连接装置进一步加固，所述连接装置为一个L型连接件，它的两端留有孔，翅膀前缘架与翅膀连杆分别插入到孔内实现连接。

本发明的进一步技术方案是：所述第二连接杆11和第三连接杆12侧壁开有长条型凹槽，且凹槽轴线与连接杆轴线平行，凹槽内置有碳纤棒。

发明效果

(1)本发明的弹跳机构采用四连杆结构能够使弹跳机器人稳定起跳，在弹跳过程中不发生翻转，更易于稳定落地。

(2)本发明采用PLA与碳纤棒，使弹跳机器人轻便，而且PLA与碳纤棒相结合使弹跳机器人的结构具有高强度。

(3)本发明采用四连杆以及扭簧的结构形式与缺齿齿轮与滑轮组成的第一传动系统，使机器人机构简单，能量利用率高，又因为采用实用轻便的材料，从而使机器人弹跳高，起跳稳。

(4)本发明通过第二传动系统在弹跳机器人起跳前能够调节身体角度，使机器人按照设定角度起跳，从而控制机器人的弹跳方向以及弹跳距离与高度。

(5)本发明利用一对展开的滑翔翅不仅能够起到稳定机器人弹跳姿态的作用，而且能够使机器人弹跳的距离更远，落地更稳定。

附图说明

图1是本发明实施例的整体机构示意图

图2是图1的右视图

图3是图1去掉翅膀后的右视图

图4是图1去掉翅膀后的左视图

图5是第二连接杆与第三连接杆的示意图

图6是第二传动系统的示意图

附图标记说明，1.翅面，2.翅膀连接装置，3.翅膀前缘架，4.翅膀连杆，5.翅膀前固定架，6.翅膀后固定架，7.固定架上的连接孔，8.扭簧，9.连接件，10.绞线，11.第二连接杆，12.第三连接杆，13.碳纤棒，14.壳体，15.第一连接杆，16.接头，17.舵机，18.舵盘，19.底座，20.支撑杆，21.固定块，22.减速电机，23.缺齿齿轮，24.副齿轮，25.滑轮，26.电机盖，27.电源，28.控制系统，29.支撑杆，30.支撑环，31.U型架，32.感应系统，33，连接支架。

具体实施方式

参见图1-图6，本发明专利的技术方案为一种弹跳起飞的滑翔机器人，包括电源、地面支撑组件、连接支架、翅膀组件、底座、扭簧、感应系统、第一传动系统、第二传动系统、控制系统、第一连接杆、第二连接杆和第三连接杆；

所述的一对翅膀组件安装在连接支架的两侧，它包括翅面、翅膀连接装置，翅膀前缘架、翅膀连杆，所述的翅膀连杆安装在连接支架上，所述的翅膀连接装置把翅膀连杆与所述的翅膀前缘架连接在一起，所述的翅膀连杆与翅膀前缘架都采用碳纤棒，所述的翅面分别用粘结剂粘到翅膀连杆与翅膀前缘架上；

所述的第一连接杆、第二连接杆以及第三连接杆安装在连接支架的下端，所述的第二连接杆与第三连接杆长度相同，都是由碳纤棒与3D打印壳体组装而成，所述的碳纤棒安装到3D打印壳体里，3D打印壳体两端都留有圆形孔，它们一端通过圆孔连接到连接支架上，另一端通过圆孔连接到第一连接杆上的连接件上，所述的连接件是U型连接槽，它的底端部分有通孔来安装第一连接杆上的碳纤棒，它上端的槽通过穿过槽边孔的轴来与第二连接杆、第三连接杆铰接，所述的扭簧一端连接到连接支架上固定孔内，另一端连接到第二连接杆的固定孔内，并使扭簧安装到连接支架上，所述的第一连接杆由碳纤棒与3D打印接头组成，所述的3D打印接头安装在碳纤棒的一端，接头的末端留有圆孔，第一连接杆的一端穿过两个连接件与第二连接杆、第三连接杆连接一起，接头一端通过圆孔连接在第二传动系统的舵盘轴上，所述的绞线一端连接第一连接杆接头的圆孔上，另一端连接到滑轮上；

所述的第二传动系统安装在弹跳机器人的底座上，它包括一个舵机、舵盘、所述的舵机安装在底座上，所述的舵盘安装在舵机上，所述舵机的输出轴连接到第一连接杆上，所述的舵盘通过连杆也连接到第一连接杆上，从而能通过舵机控制第一连接杆前后转动，进而控制弹跳机器人的起跳角度调节，所述固定块与舵机对称分布在底座上，四个支撑杆固连到底座上；

所述的第一传动系统包括减速电机、电机输出轴上的缺齿齿轮、副齿轮以及滑轮，所述的缺齿齿轮直接安装到减速电机的输出轴上，所述的副齿轮位于缺齿齿轮的下方并与缺齿齿轮啮合，所述的副齿轮固定在齿轮轴上，所述的齿轮轴连接到连接支架上，该齿轮轴另一端固定滑轮，所述的滑轮通过齿轮轴安装在连接支架上，所述的绞线一端固定在滑轮上，另一端连接到第一连接杆接头的圆孔上，所述的电源与控制电路相连控制第一传动系统与第二传动系统；

所述的地面支撑组件包括两个支撑杆和1个支撑环，且两个支撑杆和1个支撑环均采用弹性材料制成，两个支撑杆一端与连接支架上的U型架连接，支撑环一端与连接件连接，整体构成三角架形状，起到稳定机器人稳定落地的作用；。

本发明还包括这样一些结构特征：

(1)本发明采用PLA材料与碳纤棒相结合的形式，利用3D打印机打印出空壳体，再把碳纤棒填入壳体中，这样不仅显著增强PLA强度，而且利用PLA易于制造形状复杂的产品，增强与其他机构配合性，做出符合要求产品。

本发明采用PLA与碳纤棒结合形式，用减速电机带动齿轮与滑轮，通过绞线拉动四连杆实现弹跳运动，本发明结构简单、重量轻、强度高，利用一对翅膀组件与地面支撑组件实现机器人稳定落地以及连续弹跳，从而提高了该机器人的实用功能。

参照图1和图2的一种弹跳起飞的滑翔机器人组成包括电源27、地面支撑组件、连接支架33、翅膀组件、底座19、扭簧8、感应系统、第一传动系统、第二传动系统、控制系统28、第一连接杆15、第二连接杆11和第三连接杆12。

参照图1、2，所述的一对翅膀组件安装在机体的两侧，它包括翅面1、翅膀连接装置2，翅膀前缘架3、翅膀连杆4、前固定架5、后固定架6、连接孔7，所述的翅膀连杆通过前后固定架上的连接孔安装在连接支架33上，所述的翅膀连接装置把翅膀连杆与所述的翅膀前缘架连接在一起，所述的翅面分别用粘结剂粘到翅膀连杆与翅膀前缘架上；

参照图1、2、3、4，所述的第一连接杆15、第二连接杆11以及第三连接杆12安装在连接支架33的下端，所述的第二连接杆与第三连接杆长度相同，并且都是由碳纤棒13与3D打印壳体14组装而成，所述的碳纤棒安装到3D打印壳体里，3D打印壳体两端都留有圆孔，第二连接杆11、第三连接杆12的一端通过圆孔内的连杆连接到连接支架33上，另一端通过连杆连接到第一连接杆的连接件9上，所述的扭簧8一端连接在连接支架上，另一端连接到第二连接杆的固定孔内，并使扭簧安装到连接支架上，所述的第一连接杆由碳纤棒与3D打印接头16组成，所述的3D打印接头16安装在碳纤棒的一端，接头的末端留有圆形孔，第一连接杆的一端穿过两个连接件与第二连接杆、第三连接杆连接一起，接头一端通过圆孔连接在第二传动系统的舵盘轴上，所述的绞线10一端连接小第一连接杆接头的圆孔上，另一端连接到滑轮25上；

参照图1、2、3、4、6，所述的第二传动系统安装在弹跳机器人的底座19上，它包括一个舵机17、舵盘18、所述的舵机安装在底座上，所述的舵盘安装在舵机上，所述舵机的输出轴连接到第一连接杆15上，所述的舵盘通过连杆也连接到第一连接杆上，从而能通过舵机控制第一连接杆前后转动，进而控制弹跳机器人的起跳角度调节，所述固定块21与舵机对称分布在底座上，四个支撑杆20固连到底座上；

参照图1、2、3、4，所述的第一传动系统包括减速电机22、电机输出轴上的缺齿齿轮23、副齿轮24以及滑轮25以及电机盖26，所述的减速电机安装在连接支架33上，通过所述的电机盖固定好减速电机在连接支架上的位置，所述的缺齿齿轮直接安装到减速电机的输出轴上，所述的副齿轮位于缺齿齿轮的下方并与缺齿齿轮啮合，所述的副齿轮固定在齿轮轴上，所述的齿轮轴连接到连接支架上，该齿轮轴另一端固定滑轮，所述的滑轮通过齿轮轴安装在连接支架上的滑轮槽内，所述的绞线10一端固定在滑轮25上，另一端连接到第一连接杆接头的圆孔上，所述的电源27、控制系统28以及位于底座下方的感应系统32相连控制第一传动系统与第二传动系统；

参照图1、2，所述的地面支撑组件包括两个支撑杆29和1个支撑环30，且两个支撑杆和1个支撑环均采用弹性材料制成，两个支撑杆一端与连接支架上的U型架连接，支撑环一端与连接件连接，整体构成三角架形状，起到稳定机器人稳定落地的作用；

本发明的工作过程，首先把机器人放置在工作环境中，通过控制系统启动弹跳滑翔机器人底座上的舵机17，通过固定在舵机上的舵盘18的转动使机器人第一连接杆转动，从而实现弹跳滑翔机器人整个身体角度的变化，把机器人的起跳角度设定好之后，通过控制系统使减速电机22运转，减速电机22带动电机输出轴上的缺齿齿轮23转动，缺齿齿轮23带动与它啮合的副齿轮24转动，因为副齿轮24与滑轮25固定在同一个轴上，所以副齿轮24的转动带动滑轮25同时转动，这时固定在滑轮上的绞线10开始随着滑轮的转动而缠绕在滑轮上，因为绞线的另一端连接在第一连接杆15上，所以绞线的转动拉动第一连接杆15接近连接支架33，在绞线拉动的同时第二连接杆11与连接支架之间的扭簧8开始压缩从而使扭簧开始积蓄能量，等到副齿轮转动到缺齿齿轮的缺齿的边缘处时扭簧的弹性势能储存到最大，接下来，副齿轮转动到缺齿处，储存在扭簧处的弹性势能瞬间释放，弹跳机器人起跳，在一对滑翔翅膀的作用下跳跃到空中，并降落到一定距离处，弹跳滑翔机器人在着陆时，因为地面支撑机构的作用从而能够稳定落地，落地后，感应系统发出信号驱动控制系统开始工作，首先调整好弹跳滑翔机器人起跳角度，然后控制减速电机运转，重复弹跳动作，从而实现弹跳滑翔机器人的连续弹跳。

Claims (8)

1.一种弹跳起飞的滑翔机器人，其特征在于，包括电源(27)、地面支撑组件、连接支架(33)、翅膀组件、底座(19)、扭簧(8)、感应系统、第一传动系统、第二传动系统、控制系统(28)、第一连接杆(15)、第二连接杆(11)和第三连接杆(12)；连接支架(33)两端对称连接有翅膀组件，且第一传动系统位于连接支架上；底座(19)上设有感应系统和第二传动系统，第一连接杆(15)一端与第二传动系统连接，且在第二传动系统带动下，第一连接杆(15)能够在同一平面内周向转动；第一连接杆(15)另一端与第三连接杆(12)铰接，且第一连接杆(15)轴线与第三连接杆(12)轴线存在夹角；第二连接杆(11)一端与第一连接杆(15)杆体铰接，第三连接杆(12)另一端和第二连接杆(11)另一端均与连接支架侧壁的两端铰接，且第二连接杆(11)和第三连接杆(12)轴线相互平行，第一连接杆(15)、第二连接杆(11)、第三连接杆(12)以及连接支架(33)构成一个四连杆结构；所述第一传动系统包括减速电机(22)、缺齿齿轮(23)、副齿轮(24)、滑轮(25)和绞线(10)，其中缺齿齿轮(23)和副齿轮(24)相互啮合，缺齿部分的距离大于副齿轮(24)的内径；副齿轮(24)和滑轮(25)同轴连接，绞线(10)一端连接在第一连接杆(15)与第二传动系统连接的一端处，另一段缠绕在滑轮(25)上；扭簧(8)一端固连在第二连接杆上，另一端固连在连接支架上；底座(19)接触地面时，感应系统发出信号至控制系统，控制系统驱动减速电机(22)进行转动；减速电机(22)驱动缺齿齿轮(23)转动，缺齿齿轮(23)带动副齿轮(24)转动，从而带动滑轮(25)同轴转动，滑轮(25)转动使得绞线(10)缩短，第一连接杆(15)和第二连接杆(11)之间的夹角变小，扭簧压缩储能；缺齿齿轮(23)、副齿轮(24)相互啮合至缺齿处时，弹性势能释放，滑轮(25)反向转动，绞线(10)伸长，第一连接杆(15)和第二连接杆(11)之间的夹角变大，机器人起跳滑翔；地面支撑组件采用弹性材料制成，电源(27)为机器人其余装置供电。

2.如权利要求1所述的一种弹跳起飞的滑翔机器人，其特征在于，所述第二传动系统包括舵机(17)和舵盘(18)；所述舵盘(18)与第一连接杆(15)铰接，舵机的输出轴连接到第一连接杆上，并穿过第一连接杆连接到固定块(21)上。

3.如权利要求2所述的一种弹跳起飞的滑翔机器人，其特征在于，所述固定块(21)与舵机(17)对称分布，用于保持重心平衡且与舵机一起限定第一连接杆的位置。

4.如权利要求1所述的一种弹跳起飞的滑翔机器人，其特征在于，所述地面支撑组件包括两个支撑杆(29)和1个支撑环(30)，且两个支撑杆和1个支撑环均采用弹性材料制成，整体构成三角架形状，两个支撑杆一端与连接支架上的U型架(31)连接，支撑环一端与连接件(9)连接。

5.如权利要求1所述的一种弹跳起飞的滑翔机器人，其特征在于，所述连接支架(33)为一个整体，用来固定减速电机(22)、给定滑轮(25)与副齿轮(24)的安装位置，连接两个支撑杆(29)以及连接两个翅膀连杆(4)。

6.如权利要求1所述的一种弹跳起飞的滑翔机器人，其特征在于，所述翅膀组件包括翅面(1)、翅膀连接装置(2)、翅膀连杆(4)和翅膀前缘架(3)，翅面(1)分别粘接在翅膀连杆(4)和翅膀前缘架(3)上，所述的翅膀连杆(4)与连接支架连接，所述的翅膀前缘架通过翅膀连接装置(2)与翅膀连杆连接。

7.如权利要求6所述的一种弹跳起飞的滑翔机器人，其特征在于，所述翅膀连杆(4)和翅膀前缘架(3)连接处通过连接装置进一步加固，所述连接装置为一个L型连接件，它的两端留有孔，翅膀前缘架与翅膀连杆分别插入到孔内实现连接。

8.如权利要求1所述的一种弹跳起飞的滑翔机器人，其特征在于，所述第二连接杆(11)和第三连接杆(12)侧壁开有长条型凹槽，且凹槽轴线与连接杆轴线平行，凹槽内置有碳纤棒。