CN109080720B - 一种磁性驱动稳定弹跳机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及属于机器人技术领域。目的是提供一种以提高稳定性和敏捷性为目标、将磁性驱动与稳定构架相结合的新型弹跳机器人。技术方案是：一种磁性驱动稳定弹跳机器人，其特征在于：该机器人包括由顶壳与底壳组成的上小下大的外壳，设置在外壳内的用于驱动顶壳与底壳分离的磁性跳跃机构和用于收拢顶壳与底壳的复位机构；所述磁性跳跃机构中，永磁铁设置在顶壳中，电磁铁、向电磁铁供电的电源以及控制电源的控制器均设置在底壳中；所述顶壳的顶面与底壳的底面均为圆弧面，当顶壳与底壳收拢时，该机器人的质心位于底壳中。
Description
技术领域
本发明涉及属于机器人技术领域，具体是涉及一种弹跳机器人。
背景技术
移动机器人当前应用日益广泛，而其面临的环境也更加恶劣，在诸如考古探测、星际探索、军事侦察以及反恐活动等领域中，由于地势复杂且存在各种障碍物，需要利用机器人代替人发挥作用，因此机器人必须具有很强的自主运动能力。
而目前，国内外主要在生物力学方面对树栖哺乳动物的弹跳机理进行了深入地研究，并提出了可变机械增益的弹跳技术。在驱动方面提出了刚性驱动、并联弹性驱动及串联弹性驱动等方式，并对各种驱动的作用机理进行分析，结果发现串联弹性驱动具有最高的储能与快速释放能量的优点，对提高弹跳敏捷度具有重要意义。
但是仿生爬行或步行方式在有障碍环境下满足不了实际需要，且该弹跳机构动作控制复杂，无法越过数倍甚至数十倍于自身尺寸的障碍物，适合应用的环境有限。在有障碍物的情况下，该类型弹跳机器人运动稳定性较差，不能很好地控制平衡，因此在增强机器人稳定性方面需要进一步的深入研究。
发明内容
本发明的目的是克服上述背景技术中的不足，提供一种以提高稳定性和敏捷性为目标、将磁性驱动与稳定构架相结合的新型弹跳机器人。
本发明的技术方案是：
一种磁性驱动稳定弹跳机器人，其特征在于：该机器人包括由顶壳与底壳组成的上小下大的外壳，设置在外壳内的用于驱动顶壳与底壳分离的磁性跳跃机构和用于收拢顶壳与底壳的复位机构；所述磁性跳跃机构中，永磁铁设置在顶壳中，电磁铁、向电磁铁供电的电源以及控制电源的控制器均设置在底壳中；所述顶壳的顶面与底壳的底面均为圆弧面，当顶壳与底壳收拢时，该机器人的质心位于底壳中。
所述复位机构包括连接顶壳与底壳的多个弹簧。
所述底座的底面为减震材料制成；所述底座的底面设有至少一个连接控制器的传感器。
所述底壳中设有下安装板，控制器与电源固定在下安装板底面，电磁铁固定在下安装板顶面。
所述顶壳中设有上安装板，永磁铁固定在上安装板底面。
所述电磁铁顶部设有下连接板，永磁铁底部设有上连接板，弹簧的两端分别与上连接板及下连接板固定。
本发明的有益效果是：
本发明采用磁性跳跃机构作为驱动方式，结构简单紧凑，使得弹跳机器人行走灵活可靠；本发明的外壳采用不倒翁结构，可以增强整体的稳定性；本发明的底部设有传感器，可实现跳跃可控化。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图。
图2是本发明的剖面结构示意图。
图3是本发明弹跳状态的示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图，对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
如图1所示，一种磁性驱动稳定弹跳机器人，包括外壳、磁性跳跃机构与复位机构。
所述外壳为不倒翁结构并且由顶壳1与底壳2组成，不倒翁结构的外形类似上小下大的蛋形或梨形，顶壳的顶面与底壳的底面均为圆弧面，同时顶壳的顶面小于底壳的底面，该机器人的质心位于外壳底壳中，以保证落地时机器人能自动恢复为顶壳向上的直立状态。
所述磁性跳跃机构用于驱动顶壳与底壳分离，以使机器人向上起跳。所述磁性跳跃机构包括上下布置的永磁铁3与电磁铁4、向电磁铁供电的电源5以及控制电源的控制器6。所述永磁铁设置在顶壳中，电磁铁设置在底壳中且与永磁铁上下对应，电源与控制器也设置在底壳中。所述顶壳中设有水平布置的上安装板11，永磁铁固定在上安装板底面。所述底壳中设有水平布置的下安装板21，控制器与电源固定在下安装板底面，电磁铁固定在下安装板顶面。所述控制器可采用stm32单片机。所述电源可采用锂电池。
所述复位机构用于将顶壳与底壳收拢为一体。所述复位机构包括多个竖直布置且连接顶壳与底壳的弹簧7。其中，所述电磁铁顶部设有下连接板22，所述永磁铁底部设有上连接板12，弹簧的两端分别与上连接板及下连接板固定。
所述底座的底面为减震材料制成，用于降低机器人落地时的冲击力，减震材料一般为橡胶。所述底座的底面设有至少一个连接控制器的传感器8，其中一个传感器设置在底座的底面中心，其余的传感器设置在该传感器的周围。所述传感器用于检测机器人是否与地面接触。所述传感器采用压力传感器。
下面对磁性驱动稳定弹跳机器人的工作过程进行详细说明：
1、初始状态：机器人竖直放置于地面(顶壳与底壳收拢)，传感器检测到与地面接触并将信号反馈至控制器；
2、跳跃：控制器打开电源将电磁铁电路闭合，电磁铁通电后产生磁场，该磁场的方向与永磁铁的磁场方向相反，由于同极相斥原理，使得顶壳在磁力作用下从底壳顶部向上弹射(图3所示)，顶壳弹出一定距离后因惯性作用将通过弹簧带动底壳同时向上运动，使得机器人的整体向上运动；而当控制器检测到底壳脱离地面时立即断开电源，电磁铁磁场消失后弹簧将顶壳与底壳收拢为一体，保证下落时的稳定性；
3、落地：当机器人的上升速度降为零后就开始下落，机器人落地时通过减震材料吸收冲击力，同时传感器向控制器发生落地信号；此时一次跳跃过程完成，机器人准备下一次跳跃。
Claims (3)
1.一种磁性驱动稳定弹跳机器人，其特征在于：该机器人包括由顶壳（1）与底壳（2）组成的上小下大的外壳，以及设置在外壳内的用于驱动顶壳与底壳分离的磁性跳跃机构和用于收拢顶壳与底壳的复位机构；所述磁性跳跃机构中，永磁铁（3）设置在顶壳中，电磁铁（4）、向电磁铁供电的电源（5）以及控制电源的控制器（6）均设置在底壳中；所述顶壳的顶面与底壳的底面均为圆弧面，当顶壳与底壳收拢时，该机器人的质心位于底壳中；
所述复位机构包括连接顶壳与底壳的多个弹簧（7）；
所述底壳的底面为减震材料制成；所述底壳的底面设有至少一个连接控制器的传感器（8）；
所述底壳中设有下安装板（21），控制器与电源固定在下安装板底面，电磁铁固定在下安装板顶面。
2.根据权利要求1所述的磁性驱动稳定弹跳机器人，其特征在于：所述顶壳中设有上安装板（11），永磁铁固定在上安装板底面。
3.根据权利要求2所述的磁性驱动稳定弹跳机器人，其特征在于：所述电磁铁顶部设有下连接板（22），永磁铁底部设有上连接板（12），弹簧的两端分别与上连接板及下连接板固定。
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