CN111942494B

CN111942494B - 一种可用于弹跳机器人的机械腿

Info

Publication number: CN111942494B
Application number: CN202010804482.1A
Authority: CN
Inventors: 班书昊; 李晓艳; 谭邹卿
Original assignee: Changzhou University
Current assignee: Changzhou University
Priority date: 2020-08-12
Filing date: 2020-08-12
Publication date: 2021-05-04
Anticipated expiration: 2040-08-12
Also published as: CN111942494A

Abstract

本发明公开了一种可用于弹跳机器人的机械腿，属于弹跳机器人领域。它包括装设于机械身体上的左腿本体和右腿本体，左腿本体与右腿本体结构相同，均包括动力装置、四杆升降装置、升降储能装置、水平储能装置；动力装置包括机械平足、电机支架、电机、异形棘轮；四杆升降装置包括连杆A、连杆B、连杆C和连杆D，升降储能装置包括滑动杆A、弹簧挡板A、滑动杆B、弹簧挡板B和升降压缩弹簧；水平储能装置包括水平导向板A、T型杆A、棘爪弹簧A、水平导向板B、T型杆B和棘爪弹簧B。本发明是一种简单合理、能够快速释放能量、具有较大向上加速度、可用于弹跳机器人的机械腿。

Description

一种可用于弹跳机器人的机械腿

技术领域

本发明主要涉及弹跳机器人领域，特指一种可用于弹跳机器人的机械腿。

背景技术

随着机器人应用范围的日益广泛，机器人面临的环境也越来越恶劣，在这样的环境中，要求机器人必须具有较强的地形适应能力。现有的机器人多为爬行或步行机器人，因此难以越过与自身尺寸大小相当的障碍物，这主要是由于机器人的机械腿不能弹跳。因此，设计一种能够发生弹跳功能的机械腿具有十分重要的意义。

发明内容

本发明需解决的技术问题是：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单合理、通过缓慢下降储能、能够快速释放能量进行弹跳的机械腿。

为了解决上述问题，本发明提出的解决方案为：一种可用于弹跳机器人的机械腿，包括装设于机械身体上的左腿本体和右腿本体。

所述左腿本体与所述右腿本体结构相同，均包括动力装置、四杆升降装置、升降储能装置、水平储能装置。

所述动力装置包括机械平足，装设于所述机械平足上的电机支架，装设于所述电机支架上的电机，固定装设于所述电机输出轴上的异形棘轮；所述异形棘轮由一个圆盘与固定装设于所述圆盘上的突跳棘齿A和突跳棘齿B组成；所述突跳棘齿A和所述突跳棘齿B的结构相同，关于所述异形棘轮的中心对称，均由径向直线度和沿半径方向逐渐变化的圆弧线组成。

所述四杆升降装置包括连杆A、连杆B、连杆C和连杆D，所述连杆A和连杆B的上端共同铰接于所述机械身体的底部，所述连杆C和所述连杆D的下端共同铰接装设于所述电机支架的顶部，所述连杆C的上端与所述连杆A的下端铰接，所述连杆D的上端与所述连杆B的下端铰接；所述连杆C上还滑动装设有套筒A，所述连杆D上滑动装设有套筒B。

所述升降储能装置包括与所述连杆A和连杆B上端同点铰接的滑动杆A，固定装设于所述滑动杆A上的弹簧挡板A，与所述连杆C和连杆D下端同点铰接的滑动杆B，固定装设于所述滑动杆B上的弹簧挡板B，装设于所述弹簧挡板A与所述弹簧挡板B之间的升降压缩弹簧；所述滑动杆B沿所述滑动杆A的轴线滑动装设；所述升降压缩弹簧为金属螺旋抗压缩弹簧，其两端自由。

所述水平储能装置包括内侧储能装置和外侧储存装置；所述内侧储能装置包括固定装设于所述机械平足上的水平导向板A，穿过所述水平导向板A且可相对于所述水平导向板A水平自由滑动的T型杆A，装设于所述T型杆A横臂上的棘爪弹簧A；所述外侧储存装置包括固定装设于所述机械平足上的水平导向板B，穿过所述水平导向板B且可相对于所述水平导向板B沿水平方向自由滑动的T型杆B，装设于所述T型杆B横臂上的棘爪弹簧B。

所述棘爪弹簧A为抗压螺旋弹簧，其两端自由，分别与所述水平导向板A、所述T型杆A的竖臂接触；所述棘爪弹簧B为抗压螺旋弹簧，其两端自由，分别与所述水平导向板B、所述T型杆B的竖臂接触。

所述T型杆A竖臂的上端与所述套筒B铰接，所述T型杆B竖臂的上端与所述套筒A铰接。

所述T型杆A横臂上远离所述棘爪弹簧A的一端为直角三角形尖端，所述T型杆B横臂上远离所述棘爪弹簧B的一端为直角三角形尖端；所述T型杆A横臂的直角三角形尖端始终与所述异形棘轮接触，所述T型杆B横臂的直角三角形尖端始终与所述异形棘轮接触；所述滑动杆A和滑动杆B内部设有不可伸长的钢丝绳，所述钢丝绳的一端与所述连杆A的上端相连，其另一端与所述连杆C的下端相连；所述钢丝绳处于拉紧状态时，所述升降压缩弹簧的压缩变形量为零。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：本发明的钢丝绳不可伸长，从而使得机械身体上升到初始高度后，在惯性的作用下直接拉动机械平足离开地面，发生弹跳；本发明的异形齿轮通过缓慢转动可以让棘爪弹簧A和棘爪弹簧B，以及升降压缩弹簧储存弹性势能，并快速释放弹性势能，从而给予机械身体一个较大的向上加速度。由此可知，本发明提供一种结构简单合理、能够快速释放弹性势能，具有较大向上加速度，可用于弹跳机器人的弹跳机械腿。

附图说明

图1是本发明的一种可用于弹跳机器人的机械腿的结构原理示意图。

图2是本发明的异形棘轮的结构示意图。

图中，1—机械身体；2—左腿本体；3—右腿本体；21—连杆A；22—连杆B；23—连杆C；24—连杆D；25—套筒A；26—套筒B；31—滑动杆A；32—弹簧挡板A；33—滑动杆B；34—弹簧挡板B；35—升降压缩弹簧；41—机械平足；42—电机支架；43—电机；44—异形棘轮；441—突跳棘齿A；442—突跳棘齿B；51—水平导向板A；52—棘爪弹簧A；53—T型杆A；54—水平导向板B；55—棘爪弹簧B；56—T型杆B。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1，本发明的一种可用于弹跳机器人的机械腿，包括装设于机械身体1上的左腿本体2和右腿本体3。

参见图1，左腿本体2与右腿本体3结构相同，均包括动力装置、四杆升降装置、升降储能装置和水平储能装置。

参见图1和图2，动力装置包括机械平足41，装设于机械平足41上的电机支架42，装设于电机支架42上的电机43，固定装设于电机43输出轴上的异形棘轮44；异形棘轮44为一个圆盘与固定装设于圆盘上的突跳棘齿A441和突跳棘齿B442组成；突跳棘齿A441和突跳棘齿B442的结构相同，关于异形棘轮44的中心对称，均由径向直线度和沿半径方向逐渐变化的圆弧线组成。

参见图1，四杆升降装置包括连杆A21、连杆B22、连杆C23和连杆D24，连杆A21和连杆B22的上端共同铰接于机械身体1的底部，连杆C23和连杆D24的下端共同铰接装设于电机支架42的顶部，连杆C23的上端与连杆A21的下端铰接，连杆D24的上端与连杆B22的下端铰接；连杆C23上还滑动装设有套筒A25，连杆D24上滑动装设有套筒B26。

参见图1，升降储能装置包括与连杆A21和连杆B22上端同点铰接的滑动杆A31，固定装设于滑动杆A31上的弹簧挡板A32，与连杆C23和连杆D24下端同点铰接的滑动杆B33，固定装设于滑动杆B33上的弹簧挡板B34，装设于弹簧挡板A32与弹簧挡板B34之间的升降压缩弹簧35；滑动杆B33沿滑动杆A31的轴线滑动装设；升降压缩弹簧35为金属螺旋抗压缩弹簧，其两端自由。

参见图1，水平储能装置包括内侧储能装置和外侧储存装置；内侧储能装置包括固定装设于机械平足41上的水平导向板A51，穿过水平导向板A51且可相对于水平导向板A51水平自由滑动的T型杆A52，装设于T型杆A53横臂上的棘爪弹簧A52；外侧储存装置包括固定装设于机械平足41上的水平导向板B54，穿过水平导向板B54且可相对于水平导向板B54沿水平方向自由滑动的T型杆B56，装设于T型杆B56横臂上的棘爪弹簧B55。

参见图1，棘爪弹簧A52为抗压螺旋弹簧，其两端自由，分别与水平导向板A51、T型杆A53的竖臂接触；棘爪弹簧B55为抗压螺旋弹簧，其两端自由，分别与水平导向板B54、T型杆B56的竖臂接触。

参见图1，T型杆A53竖臂的上端与套筒B26铰接，T型杆B56竖臂的上端与套筒A25铰接。

参见图1，T型杆A53横臂上远离棘爪弹簧A52的一端为直角三角形尖端，T型杆B56横臂上远离棘爪弹簧B55的一端为直角三角形尖端；T型杆A53横臂的直角三角形尖端始终与异形棘轮44接触，T型杆B56横臂的直角三角形尖端始终与异形棘轮44接触。滑动杆A31和滑动杆B33内部设有不可伸长的钢丝绳，钢丝绳的一端与连杆A21的上端相连，其另一端与连杆C23的下端相连；钢丝绳处于拉紧状态时，升降压缩弹簧35的压缩变形量为零。

本发明的工作过程如下：

电机43顺时针方向转动，带动异形棘轮44顺时针方向转动，由于突跳棘齿A441和突跳棘齿B442的结构相同，关于异形棘轮44的中心对称，从而使得T型杆A53和T型杆B56相互远离，分别压缩棘爪弹簧A52和棘爪弹簧B55储能。

T型杆A53和T型杆B56相互远离，带动套筒B26和套筒A25同步远离，进而带动连杆D24顺时针方向转动，连杆C23逆时针方向转动，从而使得机械身体1沿铅垂方向向下运动。

机械身体1沿铅垂方向向下运动，弹簧挡板A32和弹簧挡板B34同时压缩升降压缩弹簧35，储存弹跳能量。

当电机43顺时针方向转动一定角度时，即T型杆A53和T型杆B56的直角三角形尖端与异形棘轮44的最外缘点接触；之后沿突跳棘齿A441和突跳棘齿B442的径向发生突变，从而实现快速释放所储存的弹性势能。

由于突跳棘齿A441和突跳棘齿B442的径向发生突变，从而使得T型杆A53和T型杆B56快速相互靠近，进而连杆C23顺时针转动，连杆D24逆时针方向转动，机械身体1快速向上运动，直至回到初始高度。

机械身体1快速回到初始高度后，由于惯性，继续向上运动，由于钢丝绳不可伸长，因此机械身体1将拉动四杆升降装置、水平储能装置离开地面快速向上跳跃，从而实现了弹跳功能。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应该属于本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种可用于弹跳机器人的机械腿，包括装设于机械身体（1）上的左腿本体（2）和右腿本体（3），其特征在于：

所述左腿本体（2）与所述右腿本体（3）结构相同，均包括动力装置、四杆升降装置、升降储能装置和水平储能装置；

所述动力装置包括机械平足（41），装设于所述机械平足（41）上的电机支架（42），装设于所述电机支架（42）上的电机（43），固定装设于所述电机（43）输出轴上的异形棘轮（44）；所述异形棘轮（44）由一个圆盘与固定装设于所述圆盘上的突跳棘齿A（441）和突跳棘齿B（442）组成；所述突跳棘齿A（441）和所述突跳棘齿B（442）的结构相同，关于所述异形棘轮（44）的中心对称，均由径向直线段和沿半径方向逐渐变化的圆弧线组成；

所述四杆升降装置包括连杆A（21）、连杆B（22）、连杆C（23）和连杆D（24），所述连杆A（21）和连杆B（22）的上端共同铰接于所述机械身体（1）的底部，所述连杆C（23）和所述连杆D（24）的下端共同铰接装设于所述电机支架（42）的顶部，所述连杆C（23）的上端与所述连杆A（21）的下端铰接，所述连杆D（24）的上端与所述连杆B（22）的下端铰接；所述连杆C（23）上还滑动装设有套筒A（25），所述连杆D（24）上滑动装设有套筒B（26）；

所述升降储能装置包括与所述连杆A（21）和连杆B（22）上端同点铰接的滑动杆A（31），固定装设于所述滑动杆A（31）上的弹簧挡板A（32），与所述连杆C（23）和连杆D（24）下端同点铰接的滑动杆B（33），固定装设于所述滑动杆B（33）上的弹簧挡板B（34），装设于所述弹簧挡板A（32）与所述弹簧挡板B（34）之间的升降压缩弹簧（35）；所述滑动杆B（33）沿所述滑动杆A（31）的轴线滑动装设；所述升降压缩弹簧（35）为金属螺旋抗压缩弹簧，其两端自由；

所述水平储能装置包括内侧储能装置和外侧储存装置；所述内侧储能装置包括固定装设于所述机械平足（41）上的水平导向板A（51），穿过所述水平导向板A（51）且可相对于所述水平导向板A（51）水平自由滑动的T型杆A（53），装设于所述T型杆A（53）横臂上的棘爪弹簧A（52）；所述外侧储存装置包括固定装设于所述机械平足（41）上的水平导向板B（54），穿过所述水平导向板B（54）且可相对于所述水平导向板B（54）沿水平方向自由滑动的T型杆B（56），装设于所述T型杆B（56）横臂上的棘爪弹簧B（55）；

所述棘爪弹簧A（52）为抗压螺旋弹簧，其两端自由，分别与所述水平导向板A（51）、所述T型杆A（53）的竖臂接触；所述棘爪弹簧B（55）为抗压螺旋弹簧，其两端自由，分别与所述水平导向板B（54）、所述T型杆B（56）的竖臂接触；

所述T型杆A（53）竖臂的上端与所述套筒B（26）铰接，所述T型杆B（56）竖臂的上端与所述套筒A（25）铰接；

所述T型杆A（53）横臂上远离所述棘爪弹簧A（52）的一端为直角三角形尖端，所述T型杆B（56）横臂上远离所述棘爪弹簧B（55）的一端为直角三角形尖端；所述T型杆A（53）横臂的直角三角形尖端始终与所述异形棘轮（44）接触，所述T型杆B（56）横臂的直角三角形尖端始终与所述异形棘轮（44）接触；所述滑动杆A（31）和滑动杆B（33）内部设有不可伸长的钢丝绳，所述钢丝绳的一端与所述连杆A（21）的上端相连，其另一端与所述连杆C（23）的下端相连；所述钢丝绳处于拉紧状态时，所述升降压缩弹簧（35）的压缩变形量为零。