CN112109816A - 一种连续弹跳机器人及弹跳方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种连续弹跳机器人及弹跳方法，涉及机器人技术领域，连续弹跳机器人可以包括：主机架、驱动机构和弹跳机构，驱动机构安装于主机架上，驱动机构与弹跳机构连接，驱动机构带动弹跳机构实现弹跳；弹跳机构包括两个连杆机构，两个连杆机构通过连接轴连接，连接轴滑动设置于主机架上，并通过弹簧与主机架连接；驱动机构安装于主机架上，驱动机构包括驱动装置和卷线轮，驱动装置为卷线轮提供动力，卷线轮通过弹力拉绳与连杆机构连接。本发明解决了现有的弹跳机器人面对非结构化环境，连续作业困难的问题。

Description

一种连续弹跳机器人及弹跳方法

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种连续弹跳机器人及弹跳方法。

背景技术

目前，应用于国防、抢险救灾领域的机器人强调对非结构化环境的适应性。通常，面向上述应用领域的机器人需要具备一定的越障能力，从而能够在非结构化环境中进行侦察、搜救等任务。现阶段应用成熟的侦察搜救机器人多采用轮式或者履带式结构，这类机器人大部分无法跨越超出自身尺寸的障碍物，同时可能会发生倾翻直接导致机器人丧失作业能力。

在上述背景下，弹跳机器人在非结构化环境中执行任务，展现出一定的优越性，但现有的弹跳机器人多强调单次弹跳的高度和速度，在非结构化环境下适应性较差。

因此，亟待开发一种新的面向非结构化环境的连续弹跳机器人及弹跳方法，以解决现有技术所存在的上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种连续弹跳机器人及弹跳方法，以解决现有的弹跳机器人面对非结构化环境，连续作业困难的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种连续弹跳机器人，包括：主机架、驱动机构和弹跳机构，所述驱动机构安装于所述主机架上，所述驱动机构与所述弹跳机构连接，所述驱动机构带动所述弹跳机构实现弹跳；所述弹跳机构包括两个连杆机构，两个所述连杆机构通过连接轴连接，所述连接轴滑动设置于所述主机架上，并通过弹簧与所述主机架连接；所述驱动机构安装于所述主机架上，所述驱动机构包括驱动装置和卷线轮，所述驱动装置为所述卷线轮提供动力，所述卷线轮通过弹力拉绳与所述连杆机构连接。

优选的，所述主机架包括双层板，所述双层板一体设置，所述双层板之间设置有空腔；所述主机架的中部设有安装槽，用于安装所述驱动机构，所述主机架沿长轴线方向两侧设有滑轨，所述连接轴滑动设置于所述滑轨内；所述主机架沿长轴线方向两侧中部均设有突出结构，所述突出结构侧面打有圆孔，用于使所述弹力拉绳通过；所述双层板进行镂空处理。

优选的，所述驱动装置为舵机，所述卷线轮安装于所述舵机的轴上，所述舵机的轴上还设置有电磁离合器，所述舵机通过所述电磁离合器带动所述卷线轮旋转；所述卷线轮两端打有圆孔，用于与所述弹力拉绳连接；所述卷线轮安装于所述安装槽内，所述舵机安装于所述空腔内。

优选的，所述安装槽的两侧设置有挡板，所述挡板上设置有圆孔，用于安装所述弹簧；所述挡板垂直所述滑轨设置，所述舵机安装于所述挡板上。

优选的，所述连杆机构为平行四边形机构，包括双Y连杆、双1连杆和两个1Y连杆；两个所述1Y连杆的两端分别通过所述双Y连杆和所述双1连杆进行连接；所述双Y连杆、所述双1连杆和所述1Y连杆通过销轴转动连接，连接处通过轴用挡圈固定；所述双Y连杆、所述双1连杆和所述1Y连杆的中部设有凹槽，用于与所述弹力拉绳连接。

优选的，两个所述平行四边形机构通过两个连接轴连接，所述连接轴与所述平行四边形机构转动连接；所述连接轴设置有两个，关于所述主机架的短轴对称设置；两个所述连接轴通过弹簧分别与两个所述挡板连接。

优选的，所述弹簧设置有四根，所述安装槽的两侧各设置有两根所述弹簧，所述安装槽的两侧的弹簧关于所述主机架的短轴对称设置；所述弹簧的一端固定于所述连接轴上，另一端固定在所述挡板的圆孔内。

优选的，所述突出结构上安装有质心调节装置。

优选的，所述质心调节装置的两端设置有电磁铁，所述质心调节装置中间设置有滑道，所述滑道内设置有金属球；通过电磁铁的通断电来使金属球在所述滑道内移动。

本发明还公开一种连续弹跳机器人的弹跳方法，包括以下步骤：

步骤1：弹跳机器人初始状态处于预紧状态，连接轴受到弹簧预紧力的作用被拉到靠近主机架短轴的一端，此时弹力拉绳处于放松状态；

步骤2：舵机通过电磁离合器带动卷线轮旋转时，弹力拉绳会沿着突出结构侧面的圆孔进入，被卷线轮缠绕，连接轴会沿着滑轨拉伸弹簧；

步骤3：质心调节装置通过两侧电磁铁的通断电来实现金属球的移动，从而改变连续弹跳机器人整体质心的位置，质心偏向的一方的主机架会着地，作为弹跳的辅助支撑点；通过改变质心的位置实现正反两个方向的弹跳。

步骤4：调整好方向后，断电断开电磁离合器，使舵机轴运动与卷线轮的运动相独立，此时弹性机器人会瞬间释放聚集的弹性势能，实现弹跳动作。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

本发明解决了现有的弹跳机器人面对非结构化环境连续作业困难的问题，而且设置有质心调节装置实现弹跳方向的改变。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是弹跳机器人处于蓄力状态时的整体结构示意图；

图2是弹跳机器人处于未蓄力状态时的整体结构示意图；

图3是弹跳机器人的主机架结构示意图；

图4是驱动机构的结构示意图；

图5是质心调节装置结构示意图；

图6是弹跳机构的结构示意图；

图7是弹簧结构示意图；

图8是弹力拉绳示意图；

图中，1.主机架，2.驱动机构，3.质心调节装置，4.弹跳机构机构，5.弹簧，6.弹力拉绳，201.舵机，202.电磁离合器，203.卷线轮，301.电磁铁，302.安装板，303.金属球，401.连接轴，402.双Y连杆，403.1Y连杆，404.双1连杆，405.销轴，406.轴用挡圈。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种连续弹跳机器人及弹跳方法，以解决现有的弹跳机器人面对非结构化环境，连续作业困难的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-8所示，本实施例提供一种连续弹跳机器人，包括：主机架1、驱动机构2和弹跳机构4，驱动机构2安装于主机架1上，驱动机构2与弹跳机构4连接，驱动机构2带动弹跳机构4实现弹跳；弹跳机构4包括两个连杆机构，两个连杆机构通过连接轴401连接，连接轴401滑动设置于主机架1上，并通过弹簧5与主机架1连接；驱动机构2安装于主机架1上，驱动机构2包括驱动装置和卷线轮203，驱动装置为卷线轮203提供动力，卷线轮203通过弹力拉绳6与连杆机构连接。

在本实施例中，主机架1包括双层板，双层板一体设置，双层板之间设置有空腔；主机架1的中间位置处设有镂空的安装槽，用于安装驱动机构2，主机架1沿长轴线方向两侧均设有一个滑轨，连接轴401的两端滑动设置于两侧滑轨内；主机架1沿长轴线方向两侧中部均设有突出结构，突出结构位于安装槽的侧边，突出结构侧面打有圆孔，用于使弹力拉绳6通过。双层板的其他位置为减重做镂空处理。

在本实施例中，驱动装置为舵机201，卷线轮203安装于舵机201的轴上，舵机201的轴上还设置有电磁离合器202，舵机201通过电磁离合器202带动卷线轮203旋转；卷线轮203两端打有圆孔，用于与弹力拉绳6连接；卷线轮203安装于安装槽内，可以在安装槽内进行旋转动作，舵机201安装于双层板之间的空腔内。

在本实施例中，安装槽的两侧设置有挡板，挡板上设置有圆孔，用于安装弹簧；挡板垂直滑轨设置，舵机201固定安装于挡板上。

在本实施例中，连杆机构为平行四边形机构，包括双Y连杆402、双1连杆404和两个1Y连杆403；两个1Y连杆403的两端分别通过双Y连杆402和双1连杆404进行连接；双Y连杆402、双1连杆404和1Y连杆403通过销轴405转动连接，连接处通过轴用挡圈403固定；双Y连杆402、双1连杆404和1Y连杆403的中部设有凹槽，用于与弹力拉绳6连接。

具体地，如图1、2和6所示，双1连杆404的两端均为一字部，双Y连杆402的两端均为Y形部，1Y连杆403的一端为一字部，另一端为Y形部；其中，一字部可以插入Y形部内，并通过销轴405实现转动连接。

在本实施例中，两个平行四边形机构通过两个连接轴401连接，连接轴401与平行四边形机构转动连接；连接轴401设置有两个，关于主机架1的短轴对称设置；两个连接轴401通过弹簧5分别与两个挡板连接。

在本实施例中，弹簧5设置有四根，安装槽的两侧各设置有两根弹簧5，安装槽的两侧的弹簧5关于主机架1的短轴对称设置；弹簧5的一端固定于连接轴401上，另一端固定在挡板的圆孔内。

在本实施例中，连接轴401在滑轨中做往复直线运动，带动弹簧5作拉伸运动，实现弹簧5的蓄力；平行四边形机构在弹簧5拉紧的过程中沿着主机架1滑轨方向的对角线会增长，弹跳机器人高度降低；两个连接轴401位于平行四边形机构其中一条对角线的两端。

在本实施例中，主机架1和弹跳机构4初始状态下，由于弹簧5的拉力使得连接轴401紧靠在滑轨中靠近主机架1中间的一侧；机器人在几何形状上是对称的，因此机架无论正面还是反面指向地面都能完成弹跳，大大增加了机器人在非结构化环境中的适应性。

在本实施例中，突出结构上安装有质心调节装置3；具体地，质心调节装置3通过安装板302安装于突出结构上，其两端设置有电磁铁301，质心调节装置3中间设置有滑道，滑道内设置有金属球303；通过电磁铁301的通断电来使金属球303在滑道内移动，从而改变装置内金属球的位置，使得弹跳机器人整体的质心偏向指定的一侧，质心偏向的一侧，主机架1会触地面，另一侧悬空，从而实现正反向弹跳的选择。

进一步地，为使得整个弹跳机器人结构质心尽可能位于结构的几何中心，以便质心调节装置3进行质心的调整，可在主机架1左右两侧进行合适镂空区域配比。

本发明还公开一种连续弹跳机器人的弹跳方法，包括以下步骤：

步步骤1：弹跳机器人的初始位置如图2所示，此时弹簧5处于预紧状态，弹跳机构4的连接轴401受到弹簧5预紧力的作用被拉到靠近主机架1中心的一端，此时弹力拉绳6处于放松状态；

步骤2：舵机201通过电磁离合器202带动卷线轮203旋转时，弹力拉绳6会沿着主机架1两侧的圆孔进入，并被卷线轮203缠绕，此时连接轴401会沿着滑轨拉伸弹簧5，直至如图1所示位置；

步骤3：质心调节装置3通过两侧电磁铁301的通断电来实现装置内金属球303的移动，从而改变机器人整体质心的位置，质心偏向的一方主机架1会着地，作为弹跳的辅助支撑点；通过改变质心的位置实现正反两个方向的弹跳；

步骤4：调整好方向后，断电断开电磁离合器202，使舵机201的轴运动与卷线轮203的运动相独立，此时弹性机器人会瞬间释放聚集的弹性势能，实现弹跳动作。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种连续弹跳机器人，其特征在于：包括：主机架、驱动机构和弹跳机构，所述驱动机构安装于所述主机架上，所述驱动机构与所述弹跳机构连接，所述驱动机构带动所述弹跳机构实现弹跳；所述弹跳机构包括两个连杆机构，两个所述连杆机构通过连接轴连接，所述连接轴滑动设置于所述主机架上，并通过弹簧与所述主机架连接；所述驱动机构安装于所述主机架上，所述驱动机构包括驱动装置和卷线轮，所述驱动装置为所述卷线轮提供动力，所述卷线轮通过弹力拉绳与所述连杆机构连接。

2.根据权利要求1所述的连续弹跳机器人，其特征在于：所述主机架包括双层板，所述双层板一体设置，所述双层板之间设置有空腔；所述主机架的中部设有安装槽，用于安装所述驱动机构，所述主机架沿长轴线方向两侧设有滑轨，所述连接轴滑动设置于所述滑轨内；所述主机架沿长轴线方向两侧中部均设有突出结构，所述突出结构侧面打有圆孔，用于使所述弹力拉绳通过；所述双层板进行镂空处理。

3.根据权利要求2所述的连续弹跳机器人，其特征在于：所述驱动装置为舵机，所述卷线轮安装于所述舵机的轴上，所述舵机的轴上还设置有电磁离合器，所述舵机通过所述电磁离合器带动所述卷线轮旋转；所述卷线轮两端打有圆孔，用于与所述弹力拉绳连接；所述卷线轮安装于所述安装槽内，所述舵机安装于所述空腔内。

4.根据权利要求3所述的连续弹跳机器人，其特征在于：所述安装槽的两侧设置有挡板，所述挡板上设置有圆孔，用于安装所述弹簧；所述挡板垂直所述滑轨设置，所述舵机安装于所述挡板上。

5.根据权利要求4所述的连续弹跳机器人，其特征在于：所述连杆机构为平行四边形机构，包括双Y连杆、双1连杆和两个1Y连杆；两个所述1Y连杆的两端分别通过所述双Y连杆和所述双1连杆进行连接；所述双Y连杆、所述双1连杆和所述1Y连杆通过销轴转动连接，连接处通过轴用挡圈固定；所述双Y连杆、所述双1连杆和所述1Y连杆的中部设有凹槽，用于与所述弹力拉绳连接。

6.根据权利要求5所述的连续弹跳机器人，其特征在于：两个所述平行四边形机构通过两个连接轴连接，所述连接轴与所述平行四边形机构转动连接；所述连接轴设置有两个，关于所述主机架的短轴对称设置；两个所述连接轴通过弹簧分别与两个所述挡板连接。

7.根据权利要求6所述的连续弹跳机器人，其特征在于：所述弹簧设置有四根，所述安装槽的两侧各设置有两根所述弹簧，所述安装槽的两侧的弹簧关于所述主机架的短轴对称设置；所述弹簧的一端固定于所述连接轴上，另一端固定在所述挡板的圆孔内。

8.根据权利要求2所述的连续弹跳机器人，其特征在于：所述突出结构上安装有质心调节装置。

9.根据权利要求8所述的连续弹跳机器人，其特征在于：所述质心调节装置的两端设置有电磁铁，所述质心调节装置中间设置有滑道，所述滑道内设置有金属球；通过电磁铁的通断电来使金属球在所述滑道内移动。

10.一种连续弹跳机器人的弹跳方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：弹跳机器人初始状态处于预紧状态，连接轴受到弹簧预紧力的作用被拉到靠近主机架短轴的一端，此时弹力拉绳处于放松状态；

步骤2：舵机通过电磁离合器带动卷线轮旋转时，弹力拉绳会沿着突出结构侧面的圆孔进入，被卷线轮缠绕，连接轴会沿着滑轨拉伸弹簧；

步骤3：质心调节装置通过两侧电磁铁的通断电来实现金属球的移动，从而改变连续弹跳机器人整体质心的位置，质心偏向的一方的主机架会着地，作为弹跳的辅助支撑点；通过改变质心的位置实现正反两个方向的弹跳。

步骤4：调整好方向后，断电断开电磁离合器，使舵机轴运动与卷线轮的运动相独立，此时弹性机器人会瞬间释放聚集的弹性势能，实现弹跳动作。

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