CN216332381U - 一种基于变胞机构的仿蝗虫跳跃机器人 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种基于变胞机构的仿蝗虫跳跃机器人，包括仿蝗虫结构部分和机械传动部分，所述仿蝗虫结构部分包括相对布置的左机身和右机身，所述左机身和右机身的前端各包括一组呈V型连接的上腿连杆和下腿连杆，所述上腿连杆和下腿连杆通过活动关节转动连接，所述上腿连杆之间和下腿连杆之间靠近活动关节处分别连接有上扭簧限位卡和下扭簧限位卡，所述活动关节之间连接有扭簧套筒，所述机械传动部分包括蓄力扭簧和机械传动组件，所述蓄力扭簧套于扭簧套筒且其扭臂分别穿过上扭簧限位卡和下扭簧限位卡，所述机械传动组件位于左机身和右机身之间控制蓄力扭簧蓄力。本实用新型结构简单，体积较小，可实现连续跳跃，跳跃能力强。
Description
技术领域
本实用新型属于仿生机器人技术领域，具体涉及一种基于变胞机构的仿蝗虫跳跃机器人。
背景技术
蝗虫是一种具有较强跳跃能力的动物，通过强有力的后腿和翅膀的辅助，蝗虫的跳跃高度可以达到其体长的十倍左右，它的腿部结构对于弹跳机构的设计具有很大的启发作用，以蝗虫为蓝本的仿生机器人具有能耗低，体积小，重量轻的优点，同时其具有很强的越障能力，这意味在复杂环境的侦察或野外搜救领域里，仿蝗虫机器人具有较大的应用前景。现有的仿蝗虫机器人大多很难实现连续跳跃，进而导致适用性和运动性能较差，结构复杂。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种结构简单，体积较小，可实现连续跳跃，跳跃能力强的基于变胞机构的仿蝗虫跳跃机器人。
为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
一种基于变胞机构的仿蝗虫跳跃机器人，包括仿蝗虫结构部分和机械传动部分，所述仿蝗虫结构部分包括相对布置的左机身和右机身，所述左机身和右机身的前端各包括一组呈V型连接的上腿连杆和下腿连杆，所述上腿连杆和下腿连杆通过活动关节转动连接，所述上腿连杆之间和下腿连杆之间靠近活动关节处分别连接有上扭簧限位卡和下扭簧限位卡，所述活动关节之间连接有扭簧套筒，所述机械传动部分包括蓄力扭簧和机械传动组件，所述蓄力扭簧套于扭簧套筒且其扭臂分别穿过上扭簧限位卡和下扭簧限位卡，所述机械传动组件位于左机身和右机身之间控制蓄力扭簧蓄力。
进一步地，所述左机身和右机身固定于上腿连杆自由端，所述下腿连杆之间靠近其自由端处连接有下腿横杆，所述机械传动组件与下腿横杆传动连接。为了保证仿蝗虫跳跃机器人在跳跃及落地时的稳定性，同时利用杠杆原理控制上腿连杆与下腿连杆之间的靠近蓄力，机械传动组件设置于机身部分及机械传动组件均远离上腿连杆和下腿连杆的连接处，同时通过机械传动组件传动控制上腿连杆与下腿连杆靠近蓄力，结构简单，方便实用，跳跃能力强。
进一步地，所述机械传动组件包括水平方向依次设置的电机输出模块、线轮模块和变胞模块，所述线轮模块与下腿横杆传动连接，所述变胞模块控制线轮模块水平方向的运动，所述电机输出模块控制线轮模块实现转动进而传动至下腿横杆。通过变胞模块控制线轮模块与电机输出模块组合，使得电机输出模块带动线轮模块控制下腿横杆一起转动，实现上腿连杆和下腿连杆的靠近从而扭转蓄力扭簧进行蓄力，蓄力完成后变胞模块带动线轮模块收回使其与电机输出模块脱离，在此过程中蓄力扭簧复位带动上腿连杆和下腿连杆相互远离，线轮模块随着蓄力扭簧的复位而反向转动，完成一次跳跃，通过变胞模块控制线轮模块的运动可实现连续跳跃动作，结构简单，方便实用。
进一步地，所述线轮模块包括带蓄力拉绳的线轮、轴承和轴承套筒，所述轴承设置于线轮与轴承套筒之间，所述线轮一面具有与电机输出模块配合的限位件，其另一面通过轴承与轴承套筒可转动连接，所述蓄力拉绳卷绕于线轮且其自由端穿过轴承套筒与下腿横杆连接，所述变胞模块控制轴承套筒及线轮沿轴承轴方向移动与电机输出模块配合转动。轴承用于连接线轮与轴承套筒，使线轮能够相对于轴承套筒进行转动，进而在线轮模块远离电机输出模块的时候线轮可以快速转动放线，使蓄力扭簧可以快速复位，带动机器人完成跳跃动作，线轮上缠绕的蓄力拉绳为蓄力扭簧的扭转蓄力提供帮助，轴承套筒用于连接线轮与变胞模块，使机器人的蓄力及跳跃可自动控制，进而实现连续跳跃，结构简单，方便实用。
进一步地，所述线轮一面包括若干向电机输出模块方向伸出的短杆，所述电机输出模块的输出端包括用于与短杆匹配的带有若干插口的电机转盘，所述变胞模块控制轴承套筒及线轮同时移动至短杆插入电机转盘的插口，此时线轮随电机输出模块一起转动。通过电机转盘与短杆的组合，可实现线轮与电机输出模块的同步转动，进而带动下腿连杆与上腿连杆相互靠近使蓄力扭簧扭转蓄力，变胞模块控制线轮模块靠近或者远离电机输出模块，从而使线轮随电机输出模块转动或者脱离电机输出模块进行反向转动，卷绕或者松开蓄力拉绳，跳跃能力强，结构简单。
进一步地，所述电机输出模块包括减速电机及电机支架，所述电机支架固定于左机身和右机身之间，所述电机转盘与减速电机的输出轴连接。电机支架用于安装减速电机，结构简单，体积较小，方便实用。
进一步地，所述变胞模块包括变胞套筒、电磁铁连接件和推拉电磁铁，所述变胞套筒包括中空套筒，所述中空套筒两端开口且其靠近线轮模块的一端开设有限位槽，所述中空套筒外部与左机身和右机身可拆卸连接，所述电磁铁连接件与推拉电磁铁通过伸缩杆活动连接，所述电磁铁连接件自中空套筒另一端穿过中空套筒与线轮模块的表面固定连接，所述限位槽的形状与电磁铁连接件形状匹配。优选电磁铁连接件为条形结构，其通过伸缩杆与推拉电磁铁可伸缩连接，中空套筒套于伸缩杆外部，其靠近轴承套筒的一边对称开设有U型的限位槽，当推拉电磁铁通电时，伸缩杆收回，电磁铁连接件收回限位槽内起到限位作用，当推拉电磁铁断电时伸缩杆复位，电磁铁连接件脱离限位槽向电机输出模块方向移动，使线轮模块与电机输出模块组合实现同步转动，进而完成机器人跳跃前的蓄力。
进一步地，所述变胞模块还包括用于安装推拉电磁铁的电磁铁支架，所述电磁铁支架固定于左机身和右机身之间。电磁铁支架用于安装推拉电磁铁，结构简单，方便实用。
进一步地，所述下腿连杆与下腿横杆之间通过腿部底座连接。为了进一步保证机器人的稳定性，优选下腿连杆与下腿横杆连接处设置有腿部底座，优选腿部底座的形状为L型。
进一步地，所述活动关节包括分别套于上腿连杆和下腿连杆相接处的腿部连接件以及穿过横向穿过所有的腿部连接件的关节连杆，所述扭簧套筒套于关节连杆外。腿部连接件与关节连杆共同形成活动关节，用于方便上腿连杆与下腿连杆进行转动，结构简单，方便实用。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
本实用新型结构简单，体积较小，方便实用，可实现连续跳跃，跳跃能力强。上腿连杆和下腿连杆呈V型连接，且二者通过活动关节转动连接，可实现靠近或者远离，利用蓄力扭簧模仿蝗虫的跳跃动作，通过机械传动部分控制蓄力扭簧扭转蓄力，此时上、下腿连杆靠近，完成跳跃前的蓄力动作，蓄力完成后通过机械传动部分控制使蓄力扭簧复位，释放所蓄的力，进而使上、下腿连杆远离，机器人整体实现跳跃，蓄力扭簧复位后机械传动部分重复上述蓄力步骤，结构简单，体积较小，跳跃能力强，且可通过机械传动部分实现跳跃步骤的重复，进而进行连续的跳跃，具有很强的越障能力，适用性强，运动性能较好。
附图说明
图1为本实用新型整体结构示意图。
图2为本实用新型侧剖图。
图3为本实用新型俯视图。
图4为本实用新型机械传动组件结构示意图。
图5为本实用新型电磁铁连接件结构示意图。
图6为本实用新型电机转盘结构示意图。
图7为本实用新型短杆结构示意图。
其中，1-左机身，2-右机身，3-上腿连杆，4-下腿连杆，5-关节连杆，6-腿部连接件，7-腿部底座，8-下腿横杆，9-上扭簧限位卡，10-下扭簧限位卡，11-扭簧套筒，12-蓄力扭簧，13-电机支架，14-变胞套筒，15-电磁铁支架，16-减速电机，17-电机转盘，18-线轮，19-轴承，20-轴承套筒，21-蓄力拉绳，22-电磁铁连接件，23-推拉电磁铁。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为本实用新型的限定。
图中所示的基于变胞机构的仿蝗虫跳跃机器人，包括仿蝗虫结构部分和机械传动部分，仿蝗虫结构部分包括相对布置的左机身1和右机身2，左机身1和右机身2的前端各包括一组呈V型连接的上腿连杆3和下腿连杆4，上腿连杆3和下腿连杆4通过活动关节转动连接，上腿连杆3之间和下腿连杆4之间靠近活动关节处分别连接有上扭簧限位卡9和下扭簧限位卡10，活动关节之间连接有扭簧套筒11，机械传动部分包括蓄力扭簧12和机械传动组件，蓄力扭簧12套于扭簧套筒11且其扭臂分别穿过上扭簧限位卡9和下扭簧限位卡10，机械传动组件位于左机身1和右机身2之间控制蓄力扭簧12蓄力。上腿连杆和下腿连杆呈V型连接，且二者通过活动关节转动连接，可实现靠近或者远离，利用蓄力扭簧模仿蝗虫的跳跃动作，通过机械传动部分控制蓄力扭簧扭转蓄力，此时上、下腿连杆靠近，完成跳跃前的蓄力动作，蓄力完成后通过机械传动部分控制使蓄力扭簧复位，释放所蓄的力，进而使上、下腿连杆远离，机器人整体实现跳跃，蓄力扭簧复位后机械传动部分重复上述蓄力步骤，结构简单，体积较小，跳跃能力强，且可通过机械传动部分实现跳跃步骤的重复，进而进行连续的跳跃，具有很强的越障能力，适用性强，运动性能较好。本实用新型结构简单，体积较小，方便实用，可实现连续跳跃，跳跃能力强。
作为优选，左机身1和右机身2固定于上腿连杆3自由端，下腿连杆4之间靠近其自由端处连接有下腿横杆8，机械传动组件与下腿横杆8传动连接。为了保证仿蝗虫跳跃机器人在跳跃及落地时的稳定性，同时利用杠杆原理控制上腿连杆与下腿连杆之间的靠近蓄力，机械传动组件设置于机身部分及机械传动组件均远离上腿连杆和下腿连杆的连接处，同时通过机械传动组件传动控制上腿连杆与下腿连杆靠近蓄力，结构简单，方便实用，跳跃能力强。
作为优选，机械传动组件包括水平方向依次设置的电机输出模块、线轮模块和变胞模块，线轮模块与下腿横杆8传动连接，变胞模块控制线轮模块水平方向的运动，电机输出模块控制线轮模块实现转动进而传动至下腿横杆8。通过变胞模块控制线轮模块与电机输出模块组合，使得电机输出模块带动线轮模块控制下腿横杆一起转动，实现上腿连杆和下腿连杆的靠近从而扭转蓄力扭簧进行蓄力，蓄力完成后变胞模块带动线轮模块收回使其与电机输出模块脱离，在此过程中蓄力扭簧复位带动上腿连杆和下腿连杆相互远离，线轮模块随着蓄力扭簧的复位而反向转动，完成一次跳跃，通过变胞模块控制线轮模块的运动可实现连续跳跃动作，结构简单，方便实用。
作为优选，线轮模块包括带蓄力拉绳21的线轮18、轴承19和轴承套筒20，轴承19设置于线轮18与轴承套筒20之间，线轮18一面具有与电机输出模块配合的限位件，其另一面通过轴承19与轴承套筒20可转动连接，蓄力拉绳21卷绕于线轮18且其自由端穿过轴承套筒20与下腿横杆8连接，变胞模块控制轴承套筒20及线轮18沿轴承19轴方向移动与电机输出模块配合转动。轴承用于连接线轮与轴承套筒，使线轮能够相对于轴承套筒进行转动，进而在线轮模块远离电机输出模块的时候线轮可以快速转动放线，使蓄力扭簧可以快速复位，带动机器人完成跳跃动作，线轮上缠绕的蓄力拉绳为蓄力扭簧的扭转蓄力提供帮助，轴承套筒用于连接线轮与变胞模块，使机器人的蓄力及跳跃可自动控制，进而实现连续跳跃，结构简单，方便实用。
作为优选，线轮18一面包括若干向电机输出模块方向伸出的短杆，电机输出模块的输出端包括用于与短杆匹配的带有若干插口的电机转盘17，变胞模块控制轴承套筒20及线轮18同时移动至短杆插入电机转盘17的插口，此时线轮18随电机输出模块一起转动。通过电机转盘与短杆的组合，可实现线轮与电机输出模块的同步转动，进而带动下腿连杆与上腿连杆相互靠近使蓄力扭簧扭转蓄力，变胞模块控制线轮模块靠近或者远离电机输出模块，从而使线轮随电机输出模块转动或者脱离电机输出模块进行反向转动，卷绕或者松开蓄力拉绳，跳跃能力强，结构简单。
作为优选，电机输出模块包括减速电机16及电机支架13，电机支架13固定于左机身1和右机身2之间，电机转盘17与减速电机16的输出轴连接。电机支架用于安装减速电机，结构简单，体积较小，方便实用。
作为优选，变胞模块包括变胞套筒14、电磁铁连接件22和推拉电磁铁23，变胞套筒14包括中空套筒，中空套筒两端开口且其靠近线轮模块的一端开设有限位槽，中空套筒外部与左机身1和右机身2可拆卸连接，电磁铁连接件22与推拉电磁铁23通过伸缩杆活动连接，电磁铁连接件22自中空套筒另一端穿过中空套筒与线轮模块的表面固定连接，限位槽的形状与电磁铁连接件22形状匹配。优选电磁铁连接件为条形结构，其通过伸缩杆与推拉电磁铁可伸缩连接，线轮、轴承、轴承套筒及电磁铁连接件连接成整体通过伸缩杆的控制进行水平方向的移动，中空套筒套于伸缩杆外部，其靠近轴承套筒的一边对称开设有U型的限位槽，当推拉电磁铁通电时，伸缩杆收回，电磁铁连接件收回限位槽内起到限位作用，当推拉电磁铁断电时伸缩杆复位，电磁铁连接件脱离限位槽向电机输出模块方向移动，使线轮模块与电机输出模块组合实现同步转动，进而完成机器人跳跃前的蓄力。
作为优选，变胞模块还包括用于安装推拉电磁铁23的电磁铁支架15，电磁铁支架15固定于左机身1和右机身2之间。电磁铁支架用于安装推拉电磁铁，结构简单，方便实用。
作为优选，下腿连杆4与下腿横杆8之间通过腿部底座7连接。为了进一步保证机器人的稳定性，优选下腿连杆与下腿横杆连接处设置有腿部底座，优选腿部底座的形状为L型。
作为优选，活动关节包括分别套于上腿连杆3和下腿连杆4相接处的腿部连接件6以及穿过横向穿过所有的腿部连接件6的关节连杆5，扭簧套筒11套于关节连杆5外。腿部连接件与关节连杆共同形成活动关节，用于方便上腿连杆与下腿连杆进行转动，结构简单，方便实用。
机器人在开始准备跳跃蓄力时，蓄力扭簧处于自然伸展状态，开始蓄力后，线轮表面的短杆嵌入电机转盘，减速电机转动带动电机转盘旋转进而带动线轮旋转收束蓄力拉绳，固定在线轮上的蓄力拉绳拉动下腿横杆使得蓄力扭簧发生扭转，进行能量储存。
当蓄力扭簧扭转至附图2中所示位置，机器人蓄力过程完成，此时推拉电磁铁通电，推拉电磁铁的伸缩杆被磁性吸引缩回，带动电磁铁连接件沿变胞套筒轴线移动，随之与电磁铁连接件相连的轴承套筒也带动线轮发生轴向位移，线轮表面的短杆移出电机转盘，由于此时蓄力扭簧处于扭转状态，线轮失去减速电机约束，通过轴承相对于轴承外套筒进行自由转动，快速放线，蓄力扭簧快速回复，释放能量，带动机器人发生跳跃。
当机器人落地后，推拉电磁铁断电，伸缩杆弹回，推动线轮复位，线轮表面的短杆重新嵌入电机转盘，准备为下一次的跳跃进行蓄力，至此一次跳跃的流程结束。
以上仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本实用新型说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于变胞机构的仿蝗虫跳跃机器人，其特征在于：包括仿蝗虫结构部分和机械传动部分，所述仿蝗虫结构部分包括相对布置的左机身(1)和右机身(2)，所述左机身(1)和右机身(2)的前端各包括一组呈V型连接的上腿连杆(3)和下腿连杆(4)，所述上腿连杆(3)和下腿连杆(4)通过活动关节转动连接，所述上腿连杆(3)之间和下腿连杆(4)之间靠近活动关节处分别连接有上扭簧限位卡(9)和下扭簧限位卡(10)，所述活动关节之间连接有扭簧套筒(11)，所述机械传动部分包括蓄力扭簧(12)和机械传动组件，所述蓄力扭簧(12)套于扭簧套筒(11)且其扭臂分别穿过上扭簧限位卡(9)和下扭簧限位卡(10)，所述机械传动组件位于左机身(1)和右机身(2)之间控制蓄力扭簧(12)蓄力。
2.根据权利要求1所述的基于变胞机构的仿蝗虫跳跃机器人，其特征在于：所述左机身(1)和右机身(2)固定于上腿连杆(3)自由端，所述下腿连杆(4)之间靠近其自由端处连接有下腿横杆(8)，所述机械传动组件与下腿横杆(8)传动连接。
3.根据权利要求2所述的基于变胞机构的仿蝗虫跳跃机器人，其特征在于：所述机械传动组件包括水平方向依次设置的电机输出模块、线轮模块和变胞模块，所述线轮模块与下腿横杆(8)传动连接，所述变胞模块控制线轮模块水平方向的运动，所述电机输出模块控制线轮模块实现转动进而传动至下腿横杆(8)。
4.根据权利要求3所述的基于变胞机构的仿蝗虫跳跃机器人，其特征在于：所述线轮模块包括带蓄力拉绳(21)的线轮(18)、轴承(19)和轴承套筒(20)，所述轴承(19)设置于线轮(18)与轴承套筒(20)之间，所述线轮(18)一面具有与电机输出模块配合的限位件，其另一面通过轴承(19)与轴承套筒(20)可转动连接，所述蓄力拉绳(21)卷绕于线轮(18)且其自由端穿过轴承套筒(20)与下腿横杆(8)连接，所述变胞模块控制轴承套筒(20)及线轮(18)沿轴承(19)轴方向移动与电机输出模块配合转动。
5.根据权利要求4所述的基于变胞机构的仿蝗虫跳跃机器人，其特征在于：所述线轮(18)一面包括若干向电机输出模块方向伸出的短杆，所述电机输出模块的输出端包括用于与短杆匹配的带有若干插口的电机转盘(17)，所述变胞模块控制轴承套筒(20)及线轮(18)同时移动至短杆插入电机转盘(17)的插口，此时线轮(18)随电机输出模块一起转动。
6.根据权利要求5所述的基于变胞机构的仿蝗虫跳跃机器人，其特征在于：所述电机输出模块包括减速电机(16)及电机支架(13)，所述电机支架(13)固定于左机身(1)和右机身(2)之间，所述电机转盘(17)与减速电机(16)的输出轴连接。
7.根据权利要求3所述的基于变胞机构的仿蝗虫跳跃机器人，其特征在于：所述变胞模块包括变胞套筒(14)、电磁铁连接件(22)和推拉电磁铁(23)，所述变胞套筒(14)包括中空套筒，所述中空套筒两端开口且其靠近线轮模块的一端开设有限位槽，所述中空套筒外部与左机身(1)和右机身(2)可拆卸连接，所述电磁铁连接件(22)与推拉电磁铁(23)通过伸缩杆活动连接，所述电磁铁连接件(22)自中空套筒另一端穿过中空套筒与线轮模块的表面固定连接，所述限位槽的形状与电磁铁连接件(22)形状匹配。
8.根据权利要求7所述的基于变胞机构的仿蝗虫跳跃机器人，其特征在于：所述变胞模块还包括用于安装推拉电磁铁(23)的电磁铁支架(15)，所述电磁铁支架(15)固定于左机身(1)和右机身(2)之间。
9.根据权利要求2-8任一项所述的基于变胞机构的仿蝗虫跳跃机器人，其特征在于：所述下腿连杆(4)与下腿横杆(8)之间通过腿部底座(7)连接。
10.根据权利要求1-8任一项所述的基于变胞机构的仿蝗虫跳跃机器人，其特征在于：所述活动关节包括分别套于上腿连杆(3)和下腿连杆(4)相接处的腿部连接件(6)以及穿过横向穿过所有的腿部连接件(6)的关节连杆(5)，所述扭簧套筒(11)套于关节连杆(5)外。
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| CN115123415A (zh) * | 2022-08-01 | 2022-09-30 | 哈尔滨工业大学（深圳） | 一种基于离体蝗虫后腿的微型跳跃机器人 |
| CN115123415B (zh) * | 2022-08-01 | 2023-05-12 | 哈尔滨工业大学（深圳） | 一种基于离体蝗虫后腿的微型跳跃机器人 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20220419 |