CN202608927U - 一种具有滑翔弹跳功能的机器人 - Google Patents

Abstract

一种具有滑翔弹跳功能的机器人，包括机架、滑翔机构、滑翔驱动机构、弹跳机构、弹跳驱动机构、传感模块、通信控制模块以及电源模块，滑翔机构设置在机架两侧，滑翔驱动机构、弹跳驱动机构设置在机架内，弹跳机构设置在滑翔机构下侧，本实用新型提供一种具有滑翔弹跳功能的机器人，该机器人具有弹跳和滑翔两种运动形式，运动范围大，可平稳落地并且有较强的越障能力，能满足在复杂环境中运动和作业的需求。

Description

一种具有滑翔弹跳功能的机器人

技术领域

本实用新型属于机器人技术领域，涉及弹跳机器人，具体为一种具有滑翔弹跳功能的机器人。

背景技术

目前，移动机器人应用十分广泛，特别是较为危险或是人们不易到达的复杂环境，如星际探索、军事侦察、反恐防暴活动等。上述场合一般地形较为复杂，可能存在各种障碍物，这就要求机器人具有很强的越障能力。当前，移动机器人的运动方式主要是轮式移动以及仿生爬行或步行，对于较大的障碍物或较长的沟壑，上述运动形式的机器人难以逾越或越障效率低。而弹跳机器人可以越过数倍甚至数十倍自身尺寸的障碍物，具有越障能力强、运动范围大和躲避危险快的优点，特别适合于有障碍物的复杂地形。此外在星际探索中，如月球表面的重力加速度大约只有地球表面的1/6，弹跳机器人可充分利用这一特点，完成高效的运动，其在现实生活及科学研究中均有广阔的应用前景。

目前弹跳机器人多使用六杆弹跳机构进行弹跳，存在弹跳高度低，水平移动距离短，不能平稳落地，运动形式单一等问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种具有滑翔弹跳功能的机器人，该机器人具有弹跳和滑翔两种运动形式，运动范围大，可平稳落地并且有较强的越障能力，能满足在复杂环境中运动和作业的需求。

本实用新型的技术方案为：一种具有滑翔弹跳功能的机器人，包括机架、弹跳机构、弹跳驱动机构、传感模块、通信控制模块以及电源模块，还包括滑翔机构和滑翔驱动机构，滑翔机构设置在机架上，滑翔驱动机构、弹跳驱动机构设置在机架内，弹跳机构设置在滑翔机构下侧；

所述机架为左右对称结构，对称的两侧为机架两侧；

所述滑翔驱动机构包括直流驱动减速电机、滑翔驱动电机架、传动齿轮组及滑翔传动轴组，直流驱动减速电机通过滑翔驱动电机架固定在机架内，滑翔传动轴组架设在机架内部，直流驱动减速电机通过传动齿轮组带动滑翔传动轴组转动；

所述滑翔机构包括结构相同、对称分布的两部分，分别固定在机架两侧，每一部分分别包括滑翔臂、连接件、翅膀和支撑杆，滑翔臂一端与滑翔驱动机构的滑翔传动轴组固定连接，滑翔传动轴组的转动带动滑翔臂的上下摆动，滑翔臂另一端与连接件固定连接，翅膀为不透气的柔性材料，一端与连接件固定连接，另一端向外伸展，为悬空端，支撑杆固定在翅膀下侧，与翅膀伸展方向垂直，使得翅膀撑开，滑翔臂的上下摆动带动翅膀的上下扇动；

弹跳机构连接弹跳驱动机构，构成六杆弹跳机构，所述弹跳机构对应滑翔机构分为结构相同、对称分布的两部分，每部分均采用对称齿轮-六杆机构，分别设置在滑翔机构的两个翅膀上。

所述弹跳机构每部分包括一对上对称齿轮、一对下对称齿轮、一对弹跳上杆、一对弹跳下杆、拉簧、钢丝绳和下端固定件，弹跳上杆一端连接滑翔机构的连接件，一端与弹跳下杆的一端活动连接，弹跳下杆另一端连接下端固定件，下端固定件与翅膀的悬空端固定连接，拉簧连接在弹跳上杆与弹跳下杆的两个连接节点之间，拉簧的初始状态为收缩状态，两个上对称齿轮分别设置在弹跳上杆连接连接件的一端上，两个下对称齿轮分别设置在弹跳下杆连接下端固定件的一端，一对弹跳上杆通过上对称齿轮联动，一对弹跳下杆通过下对称齿轮联动，钢丝绳一端与下端固定件固定连接，一端连接至弹跳驱动机构；

所述弹跳驱动机构包括直流电机、弹跳驱动电机架、减速齿轮组、传动齿轮及弹跳传动轴，直流电机通过弹跳驱动电机架固定在机架内，弹跳传动轴架设在机架内，直流电机通过减速齿轮组带动传动齿轮，传动齿轮带动弹跳传动轴转动，减速齿轮组的末端齿轮为缺齿轮，弹跳机构的钢丝绳一端固定并缠绕在弹跳传动轴上，并随弹跳传动轴的转动收紧或放开。

弹跳机构的长度为机架垂直高度的2倍。

滑翔机构中，每一部分的滑翔臂为一对，分别通过螺母与滑翔驱动机构的滑翔传动轴组连接。

本实用新型是在现有的六杆弹跳储能装置上改进的，本实用新型采用了两个六杆弹跳储能装置，即弹跳机构的两个对称齿轮-六杆机构，弹跳机构连接弹跳驱动机构，构成六杆弹跳机构，本实用新型增加了滑翔机构，将滑翔机构与弹跳机构连接在一起，机身两侧两个对称部分作为机器人的两个弹跳腿，兼做滑翔翅膀，有效的提高了弹跳高度。

本实用新型具有以下几点有益效果：

1、本实用新型弹跳机构采用成熟的六杆式弹跳储能装置，由于采用两个六杆式弹跳储能装置，即弹跳机构设有两个对称齿轮-六杆机构，弹跳驱动机构的一台电机驱动两个弹跳结构，运动效率高；两个对称齿轮-六杆机构也提供了更大的弹跳力，有助于提高弹跳高度；

2、本实用新型将弹跳和滑翔两种运动形式相结合，显著地提高机器人的越障能力和活动范围。弹跳运动形式可以实现较高的弹跳高度，但是水平移动距离较短；滑翔运动形式可以有效提高水平移动距离，但是需要弹跳运动实现弹跳较高的高度作为铺垫。两种运动形式的有效结合，可以显著提高机器人的越障能力和活动范围。本实用新型机器人的滑翔可以延长机器人在空中停留的时间和水平移动距离，减缓落地时机器人与地面的冲击，提高落地的稳定性；

3、本实用新型的弹跳机构与滑翔机构一体化，结构简单，翅膀与弹跳腿合在一起，弹跳机构可以辅助滑翔机构翅膀的张开，滑翔机构可以辅助弹跳机构的弹跳杆保持在一个平面，弹跳的稳定性好，一体化的结构也有效地减轻了机器人的质量；

4、本实用新型的滑翔臂可以180°转动，机器人在滑翔的过程中可以适度摆动滑翔臂，在同样的风力下，通过滑翔臂的摆动调整翅膀的角度，可以调整滑翔的距离。

附图说明

图1是本实用新型的机器人前视图。

图2是本实用新型的机器人右视图。

图3是本实用新型的机器人下视图。

图4是本实用新型的机器人立体外形图。

图5是本实用新型的机器人滑翔机构装配图。

图6是本实用新型的机器人滑翔驱动机构装配图。

图7是本实用新型的机器人弹跳机构装配图。

图8是本实用新型的机器人弹跳驱动机构装配图。

图9是本实用新型的机器人系统结构图。

图10是本实用新型的机器人复合式运动的一个示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

参见图1、2、3及4所示，本实用新型为一种具有滑翔弹跳功能的机器人，包括机架、弹跳机构、弹跳驱动机构、传感模块、通信控制模块以及电源模块，还包括滑翔机构和滑翔驱动机构，滑翔机构设置在机架上，滑翔驱动机构、弹跳驱动机构设置在机架内，弹跳机构设置在滑翔机构下侧，采用现有的六杆弹跳机构的结构，传感模块用于收集环境信息，并发送该环境信息给通信控制模块；通信控制模块用于接收来自传感模块发送的环境信息和上位机发送的控制命令，控制机器人动作；电源模块为传感模块和通信控制模块提供所需要的电能。通信控制模块分别通过滑翔驱动机构和弹跳驱动机构实现对滑翔机构和弹跳机构的控制。

参见图4所示，所述的机架包括前板1、后板3以及双通隔离柱2。前板1与后板3通过螺丝配合双通隔离柱2固定连接。所述前板、后板形状大小一致，均为左右对称，对称的两侧为机架两侧，本实用新型对前后板的形状没有特别的要求，只要不妨碍滑翔机构滑翔臂的摆动即可。

参见图5所示，所述的滑翔机构包括结构相同、对称分布的两部分，分别固定在机架两侧，分别包括滑翔臂4、连接件5、翅膀6和支撑杆7。滑翔臂4一端与滑翔驱动机构的滑翔传动轴组10固定连接，滑翔传动轴组10的转动带动滑翔臂4的上下摆动，滑翔臂4另一端与连接件5固定连接，翅膀6为不透气的柔性材料，一端与连接件5固定连接，另一端向外伸展，为悬空端，支撑杆7固定在翅膀6下侧，与翅膀6伸展方向垂直，使得翅膀6撑开，滑翔臂4的上下摆动带动翅膀6的上下扇动。翅膀6伸展的两端分别与连接件5和弹跳机构的下端固定件16连接，翅膀6所用材料尽量轻，可伸展，不透气的即可，如常见的滑翔伞材料。

参见图6所示，所述的滑翔驱动机构包括直流驱动减速电机8、滑翔驱动电机架9、传动齿轮组11及滑翔传动轴组10。直流驱动减速电机8通过滑翔驱动电机架9固定在机架的后板3上，直流驱动减速电机8通过传动齿轮组11及滑翔传动轴组10带动滑翔臂4上下摆动。传动齿轮组11及滑翔传动轴组10固定在前板1与后板3之间。滑翔传动轴组10在机架内的位置，或者说具体的方位，满足传动齿轮组11与直流驱动减速电机8的输出轴齿轮能实现正常的啮合，并带动滑翔传动轴组转动即可。

本实用新型的弹跳机构以现有六杆弹跳机构为基础，参见图7所示，所述的弹跳机构采用对称齿轮-六杆机构，分为结构相同、对称分布的两部分，分别固定在滑翔机构的连接件5上，包括上对称齿轮12、下对称齿轮17、弹跳上杆14、弹跳下杆18、拉簧15、钢丝绳13和下端固定件16。上对称齿轮12与弹跳上杆14通过螺丝固定在滑翔机构的连接件5上。弹跳上杆14、弹跳下杆18与拉簧15通过螺丝固定连接。弹跳下杆18、下对称齿轮17与下端固定件通过螺丝固定连接。

所述弹跳机构每部分包括一对上对称齿轮12、一对下对称齿轮17、一对弹跳上杆14、一对弹跳下杆18、拉簧15、钢丝绳13和下端固定件16，弹跳上杆14一端连接滑翔机构的连接件5，一端与弹跳下杆18的一端活动连接，弹跳下杆18另一端连接下端固定件16，下端固定件16与翅膀6的悬空端固定连接，拉簧15连接在弹跳上杆14与弹跳下杆18的两个连接节点之间，拉簧15的初始状态为收缩状态，两个上对称齿轮12分别设置在弹跳上杆14连接连接件5的一端上，两个下对称齿轮17分别设置在弹跳下杆18连接下端固定件16的一端，所述一对弹跳上杆14通过上对称齿轮12联动，一对弹跳下杆18通过下对称齿轮17联动，钢丝绳13一端与下端固定件16固定连接，一端连接至弹跳驱动机构；这里钢丝绳13在连接至弹跳驱动机构时，不需要穿过滑翔机构的连接件5以使得拉动的时候保持弹跳机构的稳定，因为起初拉动弹跳机构收缩储能的时候，弹跳机构与弹跳驱动机构拉动的传动轴基本是在一个平面内的。

参见图8所示，所述弹跳驱动机构包括直流电机21、弹跳驱动电机架20、减速齿轮组19、传动齿轮23及弹跳传动轴22，直流电机21通过弹跳驱动电机架20固定在机架内，如后板3上，弹跳传动轴22架设在机架内，直流电机21通过减速齿轮组19带动传动齿轮23，传动齿轮23带动弹跳传动轴22转动，减速齿轮组19的末端齿轮为缺齿轮，弹跳传动轴传动轴22中部有两个绞盘和两个通孔，弹跳机构的钢丝绳13一端在通孔处打结固定并缠绕在弹跳传动轴22上，并随弹跳传动轴22的转动收紧或放开，另一端固接于弹跳机构的下端固定件16。所述缺齿轮是指正常的齿轮，缺少一部分齿，具体缺少的齿数没有限定，使得减速齿轮组19转动到一定位置停止转动。

所述弹跳机构及弹跳驱动机构的工作原理为：直流电机21通电工作时，电机21通过减速齿轮组19带动传动齿轮23及弹跳传动轴22转动，钢丝绳13不断缠绕在弹跳传动轴22的绞盘上，拉动弹跳机构的下端固定件16，让六杆机构收缩，拉簧伸长，当减速齿轮组的末端缺齿轮转动到缺齿的位置时，其与传动齿轮23不再相互啮合，钢丝绳13不再受到弹跳传动轴22的绕紧拉力，拉簧15在自身弹性作用下瞬间回缩，六杆机构伸长回原来的状态，实现弹跳。六杆机构将拉簧水平方向上位移和力的线性关系转化为竖直方向上位移与受力的非线性关系。这里六杆机构的弹跳机器人为现有技术，对其弹跳原理不再详述。

参见图9示，本实用新型所述的传感模块用于收集环境信息，并发送该环境信息给通信控制模块；通信控制模块用于接收来自传感模块发送的环境信息和上位机发送的控制命令，控制机器人动作；电源模块为机器人各单元提供所需要的电能。

本实用新型提供一种具有滑翔弹跳功能的机器人，该机器人具有弹跳和滑翔两种运动形式，运动范围大，可平稳落地并且有较强的越障能力，能满足在复杂环境中运动和作业的需求。参见图10示，①为原始状态，②为收缩储能，③为机器人站立，④为释放弹簧势能，腾空，⑤为伸展滑翔臂，⑥开始滑翔，机器人复合式运动的一个具体过程如下：机器人接受到控制指令前处于原始状态，原始状态为没有收缩储能，机器人也没站立，接受到控制指令后，通信控制模块控制弹跳驱动机构转动传动轴，收紧弹跳机构的钢丝绳，弹跳上杆和弹跳下杆在钢丝绳的拉动下带动拉簧拉伸，实现弹跳前的弹簧储能。机器人的弹跳机构收缩储能，同时通过控制滑翔臂的转动实现两侧的弹跳机构和滑翔机构向机器人内侧收拢，机器人依靠两侧的六杆弹跳机构实现站立，其中下端固定件是紧贴地面的。直至机器人站立之后，控制弹跳驱动机构将储存的弹簧势能瞬间释放实现弹跳。待传感模块检测上升到最高点后，机器人通过滑翔臂的转动实现两弹跳机构和滑翔机构向机器人外侧伸展，机器人利用空气阻力和风力进行滑翔。其中，滑翔臂的转动是通信控制模块通过传感模块检测机器人是否已经不再上升，而是开始下落的时候，通过滑翔驱动机构实现对滑翔臂的控制。机器人滑翔降落后，回复到原始状态，准备下一次弹跳和滑翔。本实用新型滑翔的结构不仅增加了机器人的运动方式，加大了运动距离，对于弹跳这一功能来说，滑翔使得机器人在降落时能够保持机身稳定，回到原始状态，而不会出现弹跳机器人弹跳之后不易保持机身平稳落地，而发生倾覆，再跳时需要经过机身位置调整的问题。

Claims (4)

1.一种具有滑翔弹跳功能的机器人，包括机架、弹跳机构、弹跳驱动机构、传感模块、通信控制模块以及电源模块，其特征是还包括滑翔机构和滑翔驱动机构，滑翔机构设置在机架上，滑翔驱动机构、弹跳驱动机构设置在机架内，弹跳机构设置在滑翔机构下侧；

所述机架为左右对称结构，对称的两侧为机架两侧；

所述滑翔驱动机构包括直流驱动减速电机、滑翔驱动电机架、传动齿轮组及滑翔传动轴组，直流驱动减速电机通过滑翔驱动电机架固定在机架内，滑翔传动轴组架设在机架内部，直流驱动减速电机通过传动齿轮组带动滑翔传动轴组转动；

所述滑翔机构包括结构相同、对称分布的两部分，分别固定在机架两侧，每一部分分别包括滑翔臂、连接件、翅膀和支撑杆，滑翔臂一端与滑翔驱动机构的滑翔传动轴组固定连接，滑翔传动轴组的转动带动滑翔臂的上下摆动，滑翔臂另一端与连接件固定连接，翅膀为不透气的柔性材料，一端与连接件固定连接，另一端向外伸展，为悬空端，支撑杆固定在翅膀下侧，与翅膀伸展方向垂直，使得翅膀撑开，滑翔臂的上下摆动带动翅膀的上下扇动；

弹跳机构连接弹跳驱动机构，构成六杆弹跳机构，所述弹跳机构对应滑翔机构分为结构相同、对称分布的两部分，每部分均采用对称齿轮-六杆机构，分别设置在滑翔机构的两个翅膀上。

2.根据权利要求1所述的一种具有滑翔弹跳功能的机器人，其特征是所述弹跳机构每部分包括一对上对称齿轮、一对下对称齿轮、一对弹跳上杆、一对弹跳下杆、拉簧、钢丝绳和下端固定件，弹跳上杆一端连接滑翔机构的连接件，一端与弹跳下杆的一端活动连接，弹跳下杆另一端连接下端固定件，下端固定件与翅膀的悬空端固定连接，拉簧连接在弹跳上杆与弹跳下杆的两个连接节点之间，拉簧的初始状态为收缩状态，两个上对称齿轮分别设置在弹跳上杆连接连接件的一端上，两个下对称齿轮分别设置在弹跳下杆连接下端固定件的一端，一对弹跳上杆通过上对称齿轮联动，一对弹跳下杆通过下对称齿轮联动，钢丝绳一端与下端固定件固定连接，一端连接至弹跳驱动机构；

所述弹跳驱动机构包括直流电机、弹跳驱动电机架、减速齿轮组、传动齿轮及弹跳传动轴，直流电机通过弹跳驱动电机架固定在机架内，弹跳传动轴架设在机架内，直流电机通过减速齿轮组带动传动齿轮，传动齿轮带动弹跳传动轴转动，减速齿轮组的末端齿轮为缺齿轮，弹跳机构的钢丝绳一端固定并缠绕在弹跳传动轴上，并随弹跳传动轴的转动收紧或放开。

3.根据权利要求1或2所述的一种具有滑翔弹跳功能的机器人，其特征是弹跳机构的长度为机架垂直高度的2倍。

4.根据权利要求1或2所述的一种具有滑翔弹跳功能的机器人，其特征是滑翔机构中，每一部分的滑翔臂为一对，分别通过螺母与滑翔驱动机构的滑翔传动轴组连接。

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