CN220883960U - 一种仿生青蛙骨架 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种仿生青蛙骨架，属于仿生青蛙技术领域；包括第一固架和第二固架，第一固架和第二固架上分别安装有前腿组件和后腿组件；第一固架包括底板，以及一对滑杆，一对滑杆位于底板上方，一对滑杆上滑动连接有电磁滑块和连接滑块，连接滑块一侧固定连接有套设于滑杆上的弹簧，当连接滑块和电磁滑块接触时，使电磁滑块通电产生磁力；底板上安装有前置电机，前置电机输出端固定有原动齿轮。本实用新型通过解决了现有的仿生青蛙通过电机驱动的瞬时发力，长久容易对整体结构和部件造成较高损伤，且电机瞬时发力效率有限，以及另外后肢自由度较低，无法调整后肢角度，从而无法达到水陆不同姿态的模拟的问题。

Description

一种仿生青蛙骨架

技术领域

本实用新型涉及仿生青蛙技术领域，特别涉及一种仿生青蛙骨架。

背景技术

近年来，随着水资源开发不断深入，国内外社会对于水陆两栖的机器人的需求日趋旺盛，常利用它们完成人类无法完成的海域多种作战和探测任务，仿生青蛙在科学研究和工程应用中具有广泛的潜力。在科学研究方面，仿生青蛙可以帮助我们更深入地了解青蛙的生物学特征和行为，从而为生物学研究提供新的途径和视角。在工程应用方面，仿生青蛙的高效移动能力可以应用于水下探测、救援和监测等领域，为人类提供更多的技术支持和解决方案。

因此开发适应多种地形和复杂水域的机器人就具有重要的使用价值和现实意义。青蛙具有优异的水陆两栖能力，可将水中游动和地面跳跃功能相结合，以腿式结构实现灵巧的两栖运动是青蛙一大亮点，同时通过红外遥控控制其自身的跳跃和游动以及其自身结构的变形。

仿生青蛙的设计灵感来源于青蛙的生物学特征。青蛙具有优秀的跳跃和游泳能力，可以在水中和陆地上自如地移动。仿生青蛙采用了类似的结构和运动方式，通过模拟青蛙的腿部运动和身体形态，实现了高度逼真的移动效果。

目前现有技术中的仿生青蛙，大都通过电机驱动的瞬时发力，长久容易对整体结构和部件造成较高损伤，且电机瞬时发力效率有限，另外后肢自由度较低，无法调整后肢角度，从而无法达到水陆不同姿态的模仿。

因此，本申请提供了一种仿生青蛙骨架来满足需求。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种仿生青蛙骨架以解决现有的仿生青蛙，大都通过电机驱动的瞬时发力，长久容易对整体结构和部件造成较高损伤，且电机瞬时发力效率有限，另外后肢自由度较低，无法调整后肢角度，从而无法达到水陆不同姿态的模仿的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：

一种仿生青蛙骨架，包括：第一固架和第二固架，第一固架和第二固架上分别安装有前腿组件和后腿组件；第一固架包括底板，以及一对滑杆，一对滑杆位于底板上方，一对滑杆上滑动连接有电磁滑块和连接滑块，电磁滑块为现有技术中电磁铁，连接滑块一侧固定连接有套设于滑杆上的弹簧，当连接滑块和电磁滑块接触时，使电磁滑块通电产生磁力；底板上安装有前置电机，前置电机输出端固定有原动齿轮，原动齿轮和位于底板上的从动齿轮相互啮合，从动齿轮上固定连接有凸轮，凸轮和位于连接滑块下表面凸杆相抵接触，当凸轮纵向方向指于第一固架尾部，此时弹簧为最长拉伸状态；底板上固定安装有后置电机，后置电机输出端和转动连接在第二固架内的转向块进行固定，当后置电机带动转向块转动，使位于转向块侧面的后腿组件向侧面伸展，伸展后的后腿组件可以调整姿态，提高稳定性；后置电机在通电收到指令后开始带动转向块在第二固架内转动，转向块带动后肢组件移动，从而可以进行多自由度地伸展，在其他方向的后肢伸展同跳跃过程。

优选地，前腿组件包括固定连接于第一固架上的前大腿和前大腿辅助杆，前大腿辅助杆远离第一固架的一端铰接有前小腿，前大腿辅助杆通过固定在其外端的前肢气压减震与前小腿连接，前小腿远离前大腿的一端安装有蛙掌；后腿组件包括固定连接于电磁滑块上的转动万向节，以及固定连接于转向块外侧的后大腿辅助杆，转动万向节通过万向连接轴铰接有万向节后大腿，万向节后大腿远离转动万向节的一端固定有后大腿，后大腿和后大腿辅助杆的同一方向端分别铰接有后小腿和后小腿辅助杆，后大腿辅助杆外端还延伸至后小腿内进行铰接，后小腿辅助杆和后小腿一端共同铰接有蛙掌连接杆，蛙掌连接杆外端安装有蛙掌，第二固架和电磁滑块之间通过复位拉簧进行连接。

优选地，第二固架固定连接于第一固架后端，电磁滑块和第二固架之间还固定连接有复位拉簧，当电磁滑块向第一固架前端方向滑动，使复位拉簧处于拉伸状态；前置电机通电收到指令后开始进行运转，带动原动齿轮转动（平面轴承对其水平进行固定，不影响旋转过程），从而带动从动齿轮开始转动，通过从动齿轮上的凸轮与连接滑块上的凸杆配合，凸杆受到凸轮挤压而进行转动，在转动时推动连接滑块移动，连接滑块与电磁滑块相贴合，此时凸轮纵向方向指于第一固架的尾部，且弹簧为最长拉伸状态，而电磁滑块内开始通电获得磁力，使得连接滑块和电磁滑块相连接，当从动齿轮继续转至横向方向时，弹簧也因弹力进行收缩而复位，并向前部拉后肢进行移动，通过后腿组件的连杆组成的后肢会随之快速移动而获得跳跃的动能；

跳跃后仿生青蛙处于伸展状态，此时电磁滑块断电失去磁力，复位拉簧通过底板和电磁滑块相连接而被拉伸，失去磁力后无力支持拉伸则收缩，从而带动电磁滑块复位，且电磁滑块复位时也会带动后肢一系列运动进行复位，就此完成一次完整的跳跃，同时可以准备下一次跳跃达到连续跳跃的目的。

优选地，所述第一固架前端还安装有用于驱动前置电机的前电池，第二固架上安装有用于驱动后置电机的后电池，前电池和后电池分别均用于供电，起跳阶段控制电机的转向角度配合通电使电磁滑块获得磁力，而在起跳后原动齿轮停止转动，同时电磁滑块进行断电而达到复位效果；在转向的过程中控制后置电机转向角度，来达到合适的位置。

优选地，所述弹簧一端与连接滑块固定连接，弹簧另一端与第一固架固定连接，当连接滑块移动时带动弹簧拉伸，通过滑杆设置为两根，使其连接滑块和电磁滑块稳定滑动；通过作为驱动储能和释能装置的弹簧设置为两个，使释能动力足够。

优选地，所述前置电机输出端通过平面轴承与原动齿轮进行安装，平面轴承稳定原动齿轮和前置电机的连接。

优选地，所述从动齿轮尺寸大于所述原动齿轮的尺寸，由于原动齿轮尺寸小于从动齿轮的尺寸，原动齿轮带动从动齿轮时更为省力。

本实用新型与现有技术相比，至少具有如下有益效果：

上述方案中，通过设置由前置电机进行多段储能，所需的电机体积变小，省去了电机在内部占用的空间和其他结构所需的空间，从而达到所需的更小尺寸；通过设置电磁滑块、弹簧、复位拉簧和凸轮，将电机的力进行不断储存再一次释放达到跳跃的能力，使其瞬时加速度不只是电机的瞬时加速度，而是因多段储能从而有更大的能量来达到更大的瞬时加速度，这样对于整体结构和部件不会有太大的损伤，发力时也是沿着结构的纵向，将腿部发力全由腿部承担化成了由身体部分整体来推动，也更符合仿生中生物现实跳跃全身肌肉的带动；通过齿轮传动将凸轮带动，凸轮结构与连接滑块配合从而带动其进行移动，同时可以反复进行，转动时进行不断储能，再转时达到释放效果滑块随弹簧收缩进行跳跃。

通过在第二固架内设置可转动的转动块，且转动块和后置电机输出端连接，当后置电机在通电收到指令后开始带动转向块在第二固架内转动，转向块带动后肢组件移动，从而使后肢可以进行多自由度地伸展；通过在后肢腿部使用转动万向节，同时后腿与底板的连接也由电机操纵使其可以多自由度伸展，同时通过转动万向节连接并不影响发力情况也不会对自由度的转换和调整造成影响，使得其转向更加的便捷，转向结构配合万向节达到水陆不同姿态的模仿。

通过设置了单片机和红外装置，单片机嵌于底板中，同时预留接线口也在接线口出有保护装置，使其在不妨碍整体架构的同时充分利用空间也不外露以免出现损坏。

附图说明

并入本文中并且构成说明书的部分的附图示出了本实用新型的实施例，并且与说明书一起进一步用来对本实用新型的原理进行解释，并且使相关领域技术人员能够实施和使用本实用新型。

图1为仿生青蛙骨架立体结构示意图；

图2为仿生青蛙骨架前视结构示意图；

图3为仿生青蛙骨架俯视结构示意图；

图4为仿生青蛙骨架侧视结构示意图；

图5为图2中C处放大结构示意图；

图6为图2中B处放大结构示意图；

图7为图1中A处放大结构示意图；

图8为图4中D处放大结构示意图。

［附图标记］

1、前电池；2、从动齿轮；3、前大腿；4、前肢气压减震；5、前小腿；6、蛙掌；7、前大腿辅助杆；8、后置电机；9、电磁滑块；10、前置电机；11、原动齿轮；13、弹簧；14、凸轮；15、连接滑块；16、平面轴承；17、复位拉簧；19、后电池；20、转动万向节；21、万向连接轴；22、万向节后大腿；23、转向块；24、后小腿辅助杆；25、蛙掌连接杆；26、后小腿；27、后大腿辅助杆；28、后大腿；29、底板；30、滑杆；31、第二固架。

如图所示，为了能明确实现本实用新型的实施例的结构，在图中标注了特定的结构和器件，但这仅为示意需要，并非意图将本实用新型限定在该特定结构、器件和环境中，根据具体需要，本领域的普通技术人员可以将这些器件和环境进行调整或者修改。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型提供的一种仿生青蛙骨架进行详细描述。同时在这里做以说明的是，为了使实施例更加详尽，下面的实施例为最佳、优选实施例，对于一些公知技术本领域技术人员也可采用其他替代方式而进行实施；而且附图部分仅是为了更具体的描述实施例，而并不旨在对本实用新型进行具体的限定。

需要指出的是，在说明书中提到“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等指示所述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但未必每个实施例都包括该特定特征、结构或特性。另外，在结合实施例描述特定特征、结构或特性时，结合其它实施例（无论是否明确描述）实现这种特征、结构或特性应在相关领域技术人员的知识范围内。

通常，可以至少部分从上下文中的使用来理解术语。例如，至少部分取决于上下文，本文中使用的术语“一个或多个”可以用于描述单数意义的任何特征、结构或特性，或者可以用于描述复数意义的特征、结构或特性的组合。另外，术语“基于”可以被理解为不一定旨在传达一组排他性的因素，而是可以替代地，至少部分地取决于上下文，允许存在不一定明确描述的其他因素。

可以理解的是，本实用新型中的“在……上”、“在……之上”和“在……上方”的含义应当以最宽方式被解读，以使得“在……上”不仅表示“直接在”某物“上”而且还包括在某物“上”且其间有居间特征或层的含义，并且“在……之上”或“在……上方”不仅表示“在”某物“之上”或“上方”的含义，而且还可以包括其“在”某物“之上”或“上方”且其间没有居间特征或层的含义。

此外，诸如“在…之下”、“在…下方”、“下部”、“在…之上”、“上部”等空间相关术语在本文中为了描述方便可以用于描述一个元件或特征与另一个或多个元件或特征的关系，如在附图中示出的。空间相关术语旨在涵盖除了在附图所描绘的取向之外的在设备使用或操作中的不同取向。设备可以以另外的方式被定向，并且本文中使用的空间相关描述词可以类似地被相应解释。

如图1、图2和图7所示的，本实用新型的实施例提供一种仿生青蛙骨架，包括：第一固架和第二固架31，第一固架和第二固架31上分别安装有前腿组件和后腿组件；第一固架包括底板29，以及一对滑杆30，一对滑杆30位于底板29上方，一对滑杆30上滑动连接有电磁滑块9和连接滑块15，连接滑块15一侧固定连接有套设于滑杆30上的弹簧13，当连接滑块15和电磁滑块9接触时，使电磁滑块9通电产生磁力，电磁滑块9为现有技术中电磁铁；底板29上安装有前置电机10，前置电机10输出端固定有原动齿轮11，原动齿轮11和位于底板29上的从动齿轮2相互啮合，从动齿轮2上固定连接有凸轮14，凸轮14和位于连接滑块15下表面凸杆相抵接触，当凸轮14纵向方向指于第一固架尾部，此时弹簧13为最长拉伸状态；底板29上固定安装有后置电机8，后置电机8输出端和转动连接在第二固架31内的转向块23进行固定，当后置电机8带动转向块23转动，使位于转向块23侧面的后腿组件进行向侧面伸展，伸展后的后腿组件可以调整姿态，提高稳定性；后置电机8在通电收到指令后开始带动转向块23在第二固架31内转动，转向块23带动后肢组件移动，从而可以进行多自由度地伸展，在其他方向的后肢伸展同跳跃过程。

如图6和图7所示，所述前腿组件包括固定连接于第一固架上的前大腿3和前大腿辅助杆7，前大腿辅助杆7远离第一固架的一端铰接有前小腿5，前大腿辅助杆7通过固定在其外端的前肢气压减震4与前小腿5连接，前小腿5远离前大腿3的一端安装有蛙掌6；后腿组件包括固定连接于电磁滑块9上的转动万向节20，以及固定连接于转向块23外侧的后大腿辅助杆27，转动万向节20通过万向连接轴21铰接有万向节后大腿22，万向节后大腿22远离转动万向节20的一端固定有后大腿28，后大腿28和后大腿辅助杆27的同一方向端分别铰接有后小腿26和后小腿辅助杆24，后大腿辅助杆27外端还延伸至后小腿26内进行铰接，后小腿辅助杆24和后小腿26一端共同铰接有蛙掌连接杆25，蛙掌连接杆25外端安装有蛙掌6，第二固架31和电磁滑块9之间通过复位拉簧17进行连接；前肢设计气压减震4，来保护落地时带来的冲击力对机体造成的伤害，由于通过气压来减震可以自行复原同时也可更好地在小空间中达到减震效果。

如图5和图8所示，所述第二固架31固定连接于第一固架后端，电磁滑块9和第二固架31之间还固定连接有复位拉簧17，当电磁滑块9向第一固架前端方向滑动，使复位拉簧17处于拉伸状态；前置电机10通电收到指令后开始进行运转，带动原动齿轮11转动（16平面轴承对其水平进行固定，不影响旋转过程），从而带动从动齿轮2开始转动，通过从动齿轮2上的凸轮14与连接滑块15上的凸杆配合，凸杆受到凸轮14挤压而进行转动，在转动时推动连接滑块15移动，连接滑块15与电磁滑块9相贴合，此时凸轮14纵向方向指于第一固架的尾部，且弹簧13为最长拉伸状态，而电磁滑块9内开始通电获得磁力，使得连接滑块15和电磁滑块9相连接，当从动齿轮2继续转至横向方向时，弹簧13也因弹力进行收缩而复位，并向前部拉后肢进行移动，通过后腿组件的连杆组成的后肢会随之快速移动而获得跳跃的动能；

仿生青蛙跳跃后处于伸展状态，此时电磁滑块9断电失去磁力，复位拉簧17通过底板29和电磁滑块9相连接而被拉伸，失去磁力后无力支持拉伸则收缩，从而带动电磁滑块9复位，且电磁滑块9复位时也会带动后肢一系列运动进行复位，就此完成一次完整的跳跃，同时可以准备下一次跳跃达到连续跳跃的目的。

如图1和图2所示，所述第一固架前端还安装有用于驱动前置电机10的前电池1，第二固架31上安装有用于驱动后置电机8的后电池19，前电池1和后电池19分别均用于供电，起跳阶段控制电机的转向角度配合通电使电磁滑块9获得磁力，而在起跳后原动齿轮11停止转动，同时电磁滑块9进行断电而达到复位效果；在转向的过程中控制后置电机8转向角度，来达到合适的位置。

如图7和图8所示，所述弹簧13一端与连接滑块15固定连接，弹簧13另一端与第一固架固定连接，当连接滑块15移动时带动弹簧13拉伸，通过滑杆30设置为两根，使其连接滑块15和电磁滑块9稳定滑动；通过作为驱动储能和释能装置的弹簧13设置为两个，使释能动力足够。

如图8所示，所述前置电机10输出端通过平面轴承16与原动齿轮11进行安装，平面轴承16稳定原动齿轮11和前置电机10的连接。

如图2所示，所述从动齿轮2尺寸大于所述11原动齿轮的尺寸，由于11原动齿轮尺寸小于从动齿轮2的尺寸，原动齿轮2带动从动齿轮11时更为省力。

在本实施例中，本骨架上设置有单片机和红外装置，单片机嵌于底板29中，同时预留接线口也在接线口出有保护装置，使其在不妨碍整体架构的同时充分利用空间也不外露以免出现损坏，板子上的微控制器可以通过Arduino的编程语言来编写程序，编译成二进制文件，烧录进微控制器，以实现仿生跳跃、姿态调整、水中游动、遥控变形等功能；

另外，本骨架的关节轴承采用现有技术中轴承和轴承套，也可以采用其他轴承结构，只要能够实现良好联动效果即可。

本实用新型提供的技术方案，通过设置由前置电机10进行多段储能，所需的电机的体积变小，省去了电机在内部占用的空间和其他结构所需的空间，从而达到所需的更小尺寸；通过设置电磁滑块9、弹簧13、复位拉簧17和凸轮14，将前置电机10的力进行不断储存再一次释放达到跳跃的能力，使其瞬时加速度不只是电机的瞬时加速度，而是因多段储能从而有更大的能量来达到更大的瞬时加速度；

通过原动齿轮11和从动齿轮2传动将凸轮14带动，凸轮14与连接滑块15配合而进行移动，同时可以反复进行，转动时进行不断储能，再转时达到释放效果滑块随弹簧收缩进行跳跃；通过在后肢腿部使用转动万向节20，同时后腿与底板29的连接也由后置电机8操纵使其可以多自由度伸展，同时通过转动万向节20连接并不影响发力情况，也不会对自由度的转换和调整造成影响；

后肢与底板29连接并非垂直与地面而是有一定角度，起跳时两端会有一定向内的力，从而在起跳时更加稳定，能保持跳跃中一定的平衡，能为下一次起跳更好地做准备。

本实用新型涵盖任何在本实用新型的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本实用新型有彻底的了解，在以下本实用新型优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本实用新型。另外，为了避免对本实用新型的实质造成不必要的混淆，并没有详细说明众所周知的方法、过程、流程、元件和电路等。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种仿生青蛙骨架，其特征在于，包括：第一固架和第二固架，所述第一固架和第二固架上分别安装有前腿组件和后腿组件；

所述第一固架包括底板，以及一对滑杆，一对所述滑杆上滑动连接有电磁滑块和连接滑块，所述连接滑块一侧固定连接有套设于所述滑杆上的弹簧，当连接滑块和电磁滑块接触时，使电磁滑块通电产生磁力；

所述底板上安装有前置电机，所述前置电机输出端固定有原动齿轮，所述原动齿轮和位于所述底板上的从动齿轮相互啮合，所述从动齿轮上固定连接有凸轮，所述凸轮和位于所述连接滑块下表面凸杆相抵接触，当凸轮纵向方向指于第一固架尾部，此时弹簧为最长拉伸状态；

所述底板上固定安装有后置电机，所述后置电机输出端和转动连接在所述第二固架内的转向块进行固定，当后置电机带动转向块转动，使位于所述转向块侧面的后腿组件伸展。

2.根据权利要求1所述的仿生青蛙骨架，其特征在于，所述前腿组件包括固定连接于所述第一固架上的前大腿和前大腿辅助杆，所述前大腿辅助杆远离第一固架的一端铰接有前小腿，所述前大腿辅助杆通过固定在其外端的前肢气压减震与所述前小腿连接，所述前小腿远离前大腿的一端安装有蛙掌。

3.根据权利要求1所述的仿生青蛙骨架，其特征在于，后腿组件包括固定连接于所述电磁滑块上的转动万向节，以及固定连接于所述转向块外侧的后大腿辅助杆，所述转动万向节通过万向连接轴铰接有万向节后大腿，所述万向节后大腿远离转动万向节的一端固定有后大腿，所述后大腿和后大腿辅助杆的同一方向端分别铰接有后小腿和后小腿辅助杆，所述后大腿辅助杆外端还延伸至后小腿内进行铰接，所述后小腿辅助杆和后小腿一端共同铰接有蛙掌连接杆，所述蛙掌连接杆外端安装有蛙掌，所述第二固架和电磁滑块之间通过复位拉簧进行连接。

4.根据权利要求1所述的仿生青蛙骨架，其特征在于，所述第二固架固定连接于所述第一固架后端，所述电磁滑块和第二固架之间还固定连接有复位拉簧，当电磁滑块向第一固架前端方向滑动，使复位拉簧处于拉伸状态。

5.根据权利要求1所述的仿生青蛙骨架，其特征在于，所述第一固架前端还安装有用于驱动前置电机的前电池，所述第二固架上安装有用于驱动后置电机的后电池。

6.根据权利要求1所述的仿生青蛙骨架，其特征在于，所述弹簧一端与所述连接滑块固定连接，所述弹簧另一端与所述第一固架固定连接。

7.根据权利要求1所述的仿生青蛙骨架，其特征在于，所述前置电机输出端通过平面轴承与所述原动齿轮进行安装。

8.根据权利要求1所述的仿生青蛙骨架，其特征在于，一对所述滑杆位于所述底板上方。

9.根据权利要求1所述的仿生青蛙骨架，其特征在于，所述从动齿轮尺寸大于所述原动齿轮的尺寸。