CN108791557B - 一种跳跃度可调节的电机驱动式单腿跳跃机构 - Google Patents

Abstract

一种跳跃度可调节的电机驱动式单腿跳跃机构，包括驱动电机、减速器、主动齿轮、从动齿轮、第一传动轴、第二传动轴、电磁离合器、绞盘、提拉绳、平行四边形机构、支撑架、平衡配重块、支脚、支撑铲、同步齿轮组及蓄力弹簧；驱动电机与减速器固连，主动齿轮安装在减速器上，从动齿轮固装在第一传动轴上，两齿轮啮合；第一传动轴通过电磁离合器与第二传动轴相连，绞盘固装在第二传动轴上；平行四边形机构的上角点通过同步齿轮组与支撑架相连，下角点与支脚相连；提拉绳一端与绞盘相连，另一端与支脚相连；蓄力弹簧连接在平行四边形机构的左右角点之间；驱动电机、减速器、平衡配重块及支撑铲均连接在支撑架上，通过平衡配重块调整跳跃机构的重心。

Description

一种跳跃度可调节的电机驱动式单腿跳跃机构

技术领域

本发明属于仿生跳跃机器人技术领域，特别是涉及一种跳跃度可调节的电机驱动式单腿跳跃机构。

背景技术

由于跳跃运动在落地点上具有离散性，且在发力上具有突发性与爆发性的特点，因此在自然界中，许多生物都把跳跃运动作为运动模式，用于逃避敌害或捕食。

为了模仿自然界中以跳跃运动为运动模式的生物，科研人员研发了多种类型的仿生跳跃机器人，根据结构形式的不同，可分为伸缩式、关节腿式、轮滚式及弹性变形式。

伸缩式跳跃机器人也称为弹簧振子倒立摆模型，重量集中在机器人身体的上部，机器人身体的下部为质量近似忽略的弹簧腿，主要靠腿部弹簧沿移动副方向储能产生弹跳动力。

关节腿式跳跃机器人的仿生特性最好，可以较好的模仿人或动物关节，机器人身体的结构部分多采用多连杆铰接结构，并形成一个开链式的仿生结构模型，具有仿生跳跃步态，但控制复杂。

轮滚式跳跃机器人将轮式结构与跳跃运动相结合，在平坦地面上可通过轮式结构来提高机动速度，当遇到障碍物时，则转换成跳跃模式，可满足高效移动和越障要求。

弹性变形式跳跃机器人利用了变形能，并通过变形能的释放实现跳跃，随着各种记忆合金及可变形弹性材料的出现，弹性变形式跳跃机器人成为近几年的研究热点。

但是，尽管上述列举的几种跳跃机器人各自具有特定的优点，但在跳跃性能方面仍比较局限，无法实现跳跃度的任意调节，即使部分跳跃机器人能够实现跳跃度的调节，但此类跳跃机器人的结构却十分复杂，并且能量利用率较低。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种跳跃度可调节的电机驱动式单腿跳跃机构，结构简单且能量利用率高，同时具备跳跃度可调节能力。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种跳跃度可调节的电机驱动式单腿跳跃机构，包括驱动电机、减速器、主动齿轮、从动齿轮、第一传动轴、第二传动轴、电磁离合器、绞盘、提拉绳、平行四边形机构、支撑架、平衡配重块、支脚、支撑铲、同步齿轮组及蓄力弹簧；所述驱动电机的电机轴与减速器的动力输入轴相固连，所述主动齿轮固装在减速器的动力输出轴上，所述从动齿轮固装在第一传动轴一端，从动齿轮与主动齿轮相啮合，第一传动轴另一端通过电磁离合器与第二传动轴一端相连，所述绞盘固装在第二传动轴另一端；所述平行四边形机构的一个角点通过同步齿轮组与支撑架相连，同步齿轮组对侧的平行四边形机构的另一个角点与支脚相连，在支脚底部安装有缓冲垫；所述提拉绳一端与绞盘相连，提拉绳另一端与支脚相连；所述蓄力弹簧连接在平行四边形机构的另外两个角点之间；所述驱动电机、减速器、平衡配重块及支撑铲均连接在支撑架上，通过平衡配重块调整跳跃机构的重心，使跳跃机构的重心位于平行四边形机构的上角点与下角点的连线上。

所述支撑架包括转接板、箱式支撑体及盘式支撑体，所述减速器与箱式支撑体之间通过转接板相固连，所述第一传动轴、电磁离合器及第二传动轴位于箱式支撑体内，第一传动轴通过第一轴承与箱式支撑体相连，第二传动轴通过第二轴承与箱式支撑体相连；在所述箱式支撑体内部安装有电流传感器。

所述同步齿轮组内的两个同步齿轮分别为第一同步齿轮和第二同步齿轮，在第一同步齿轮的中心固定安装有第一销轴，在第二同步齿轮的中心固定安装有第二销轴，第一销轴及第二销轴均与盘式支撑体相铰接。

所述平行四边形机构包括第一连杆、第二连杆、第三连杆及第四连杆，所述第一连杆一端固定在第一销轴上，第一连杆另一端与第三连杆一端通过第一铰轴相连接；所述第二连杆一端固定在第二销轴上，第二连杆另一端与第四连杆一端通过第二铰轴相连接；所述第三连杆另一端通过第三铰轴与第四连杆另一端相连接，且第四连杆具有延长段，第四连杆的延长段端部通过第四铰轴与支脚相连接，在第四铰轴上安装有连杆复位扭簧；所述蓄力弹簧固连在第一铰轴与第二铰轴之间。

在所述盘式支撑体上安装有舵机，在舵机的动力输出轴上固装有舵臂，在舵机的动力输出轴端部安装有编码器，所述支撑铲的铲柄固连在舵臂上，且支撑铲的铲柄在舵臂上的位置可调。

本发明的有益效果：

本发明的跳跃度可调节的电机驱动式单腿跳跃机构，具有结构简单且能量利用率高的特点，通过调整蓄力弹簧的储能量及支撑铲的摆动状态，使本发明具备了跳跃度可调节能力。

附图说明

图1为本发明的一种跳跃度可调节的电机驱动式单腿跳跃机构的结构示意图；

图2为本发明的平行四边形机构及其上部件的装配示意图；

图3为本发明的从动齿轮、第一传动轴、电磁离合器、第二传动轴及绞盘的装配示意图；

图4为本发明的盘式支撑体的结构示意图；

图中，1—驱动电机，2—减速器，3—主动齿轮，4—从动齿轮，5—第一传动轴，6—第二传动轴，7—电磁离合器，8—绞盘，9—提拉绳，10—平行四边形机构，11—平衡配重块，12—支脚，13—支撑铲，14—同步齿轮组，15—蓄力弹簧，16—缓冲垫，17—转接板，18—箱式支撑体，19—盘式支撑体，20—第一轴承，21—第二轴承，22—第一同步齿轮，23—第二同步齿轮，24—第一销轴，25—第二销轴，26—第一连杆，27—第二连杆，28—第三连杆，29—第四连杆，30—第一铰轴，31—第二铰轴，32—第三铰轴，33—第四铰轴，34—连杆复位扭簧，35—舵机，36—舵臂，37—编码器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1～4所示，一种跳跃度可调节的电机驱动式单腿跳跃机构，包括驱动电机1、减速器2、主动齿轮3、从动齿轮4、第一传动轴5、第二传动轴6、电磁离合器7、绞盘8、提拉绳9、平行四边形机构10、支撑架、平衡配重块11、支脚12、支撑铲13、同步齿轮组14及蓄力弹簧15；所述驱动电机1的电机轴与减速器2的动力输入轴相固连，所述主动齿轮3固装在减速器2的动力输出轴上，所述从动齿轮4固装在第一传动轴5一端，从动齿轮4与主动齿轮3相啮合，第一传动轴5另一端通过电磁离合器7与第二传动轴6一端相连，所述绞盘8固装在第二传动轴6另一端；所述平行四边形机构10的一个角点通过同步齿轮组14与支撑架相连，同步齿轮组14对侧的平行四边形机构10的另一个角点与支脚12相连，在支脚12底部安装有缓冲垫16；所述提拉绳9一端与绞盘8相连，提拉绳9另一端与支脚12相连；所述蓄力弹簧15连接在平行四边形机构10的另外两个角点之间；所述驱动电机1、减速器2、平衡配重块11及支撑铲13均连接在支撑架上，通过平衡配重块11调整跳跃机构的重心，使跳跃机构的重心位于平行四边形机构10的上角点与下角点的连线上。

所述支撑架包括转接板17、箱式支撑体18及盘式支撑体19，所述减速器2与箱式支撑体18之间通过转接板17相固连，所述第一传动轴5、电磁离合器7及第二传动轴6位于箱式支撑体18内，第一传动轴5通过第一轴承20与箱式支撑体18相连，第二传动轴6通过第二轴承21与箱式支撑体18相连；在所述箱式支撑体内部安装有电流传感器。

所述同步齿轮组14内的两个同步齿轮分别为第一同步齿轮22和第二同步齿轮23，在第一同步齿轮22的中心固定安装有第一销轴24，在第二同步齿轮23的中心固定安装有第二销轴25，第一销轴24及第二销轴25均与盘式支撑体19相铰接。

所述平行四边形机构10包括第一连杆26、第二连杆27、第三连杆28及第四连杆29，所述第一连杆26一端固定在第一销轴24上，第一连杆26另一端与第三连杆28一端通过第一铰轴30相连接；所述第二连杆27一端固定在第二销轴25上，第二连杆27另一端与第四连杆29一端通过第二铰轴31相连接；所述第三连杆28另一端通过第三铰轴32与第四连杆29另一端相连接，且第四连杆29具有延长段，第四连杆29的延长段端部通过第四铰轴33与支脚12相连接，在第四铰轴33上安装有连杆复位扭簧34；所述蓄力弹簧15固连在第一铰轴30与第二铰轴31之间。

在所述盘式支撑体19上安装有舵机35，在舵机35的动力输出轴上固装有舵臂36，在舵机35的动力输出轴端部安装有编码器37，所述支撑铲13的铲柄固连在舵臂36上，且支撑铲13的铲柄在舵臂36上的位置可调。

下面结合附图说明本发明的一次使用过程：

准备阶段：启动驱动电机1，控制电磁离合器7咬合，通过减速器2依次带动主动齿轮3、从动齿轮4、第一传动轴5、电磁离合器7、第二传动轴6及绞盘8转动，通过转动的绞盘8实现提拉绳9的收绳动作，进而使平行四边形机构10的上下角点相互靠近，同时使平行四边形机构10的左右角点相互远离，从而实现蓄力弹簧15的拉伸，并蓄积弹性势能；在蓄力弹簧15拉伸过程中，通过电流传感器实时检测驱动电机1内的回路电流，通过电流值的大小来判断驱动电机1的转矩，进而可判断蓄力弹簧15的拉伸程度，当蓄积的弹性势能达到设定值后，驱动电机1执行刹车抱闸；同时，启动舵机35，以调整舵臂36的摆角，进而调整支撑铲13的摆角，从而实现起跳角度的调整。

起跳阶段：控制电磁离合器7松开，蓄力弹簧15蓄积的弹性势能瞬间释放，平行四边形机构10的左右角点在蓄力弹簧15收缩过程中快速靠近，平行四边形机构10的上下角度快速远离，直到整个跳跃机构完全脱离地面。

滞空阶段：在跳跃机构处于空中时，通过舵机35控制支撑铲13进行摆动，进而通过支撑铲13的摆动来调整跳跃机构在空中的姿态，为跳跃机构的平稳落地做准备。

落地阶段：当跳跃机构即将落地前，重新控制电磁离合器7咬合，同时启动驱动电机1以使蓄力弹簧15再次进行拉伸，且需要蓄力弹簧15保留一定的拉伸余量；当跳跃机构落地后，蓄力弹簧15为跳跃机构提供缓冲，直至跳跃机构平稳落地。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (1)

1.一种跳跃度可调节的电机驱动式单腿跳跃机构，其特征在于：包括驱动电机、减速器、主动齿轮、从动齿轮、第一传动轴、第二传动轴、电磁离合器、绞盘、提拉绳、平行四边形机构、支撑架、平衡配重块、支脚、支撑铲、同步齿轮组及蓄力弹簧；所述驱动电机的电机轴与减速器的动力输入轴相固连，所述主动齿轮固装在减速器的动力输出轴上，所述从动齿轮固装在第一传动轴一端，从动齿轮与主动齿轮相啮合，第一传动轴另一端通过电磁离合器与第二传动轴一端相连，所述绞盘固装在第二传动轴另一端；所述平行四边形机构的一个角点通过同步齿轮组与支撑架相连，同步齿轮组对侧的平行四边形机构的另一个角点与支脚相连，在支脚底部安装有缓冲垫；所述提拉绳一端与绞盘相连，提拉绳另一端与支脚相连；所述蓄力弹簧连接在平行四边形机构的另外两个角点之间；所述驱动电机、减速器、平衡配重块及支撑铲均连接在支撑架上，通过平衡配重块调整跳跃机构的重心，使跳跃机构的重心位于平行四边形机构的上角点与下角点的连线上；所述支撑架包括转接板、箱式支撑体及盘式支撑体，所述减速器与箱式支撑体之间通过转接板相固连，所述第一传动轴、电磁离合器及第二传动轴位于箱式支撑体内，第一传动轴通过第一轴承与箱式支撑体相连，第二传动轴通过第二轴承与箱式支撑体相连；在所述箱式支撑体内部安装有电流传感器；所述同步齿轮组内的两个同步齿轮分别为第一同步齿轮和第二同步齿轮，在第一同步齿轮的中心固定安装有第一销轴，在第二同步齿轮的中心固定安装有第二销轴，第一销轴及第二销轴均与盘式支撑体相铰接；所述平行四边形机构包括第一连杆、第二连杆、第三连杆及第四连杆，所述第一连杆一端固定在第一销轴上，第一连杆另一端与第三连杆一端通过第一铰轴相连接；所述第二连杆一端固定在第二销轴上，第二连杆另一端与第四连杆一端通过第二铰轴相连接；所述第三连杆另一端通过第三铰轴与第四连杆另一端相连接，且第四连杆具有延长段，第四连杆的延长段端部通过第四铰轴与支脚相连接，在第四铰轴上安装有连杆复位扭簧；所述蓄力弹簧固连在第一铰轴与第二铰轴之间；在所述盘式支撑体上安装有舵机，在舵机的动力输出轴上固装有舵臂，在舵机的动力输出轴端部安装有编码器，所述支撑铲的铲柄固连在舵臂上，且支撑铲的铲柄在舵臂上的位置可调。

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