專利名稱：仿青蛙跳躍機器人的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種機器人，尤其涉及一種仿青蛙跳躍機器人。
背景技術：
隨著機器人技術的不斷發展，在面對惡劣的環境和復雜的地形時，運用機器人彈跳功能來增強其地形適應和自主運動的能力，是近年來發展較快的一種機器人技術。現有技術中的跳躍機器人普遍具有的缺點是機構自由度多、機械結構與控制復雜、仿生機器人承載能耗與總能耗功率的比例低、彈跳效率不高等。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種結構簡單、仿生程度高、起跳姿態可調、著陸穩定好、彈跳效率高的仿青蛙跳躍機器人。本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的本實用新型的仿青蛙跳躍機器人，包括軀干，所述軀干包括安裝板，所述軀干安裝板的前部和后部分別裝有前肢驅動機構安裝板和后肢驅動機構安裝板，所述前肢驅動機構安裝板和后肢驅動機構安裝板分別裝有前肢驅動機構和后肢驅動機構，所述前肢驅動機構和后肢驅動機構分別連接有前肢執行機構和后肢執行機構；所述前肢驅動機構和后肢驅動機構分別包括輸入軸，所述輸入軸上裝有第二齒輪、單向軸承、不完全齒輪以及棘輪棘爪，所述第二齒輪通過齒輪傳動到第二輸出軸，所述不完全齒輪通過齒輪傳動到第一輸出軸；所述輸入軸、第一輸出軸和第二輸出軸通過第一軸承安裝在所述前肢驅動機構安裝板或后肢驅動機構安裝板上；所述第一輸出軸的兩端分別裝有第二卷筒，所述第二卷筒上卷有繩索，所述第二輸出軸的兩端分別裝有輸出齒輪；所述后肢驅動機構還包括安裝在后肢驅動機構安裝板上的后肢驅動電機，后肢驅動電機的輸出端通過齒輪傳動到所述后肢驅動機構的輸入軸；所述后肢執行機構包括髖關節軸，所述髖關節軸上裝有后肢輸入齒輪，所述后肢輸入齒輪與所述后肢驅動機構的第二輸出軸上的輸出齒輪相哨合；所述髖關節軸的一端通過第二軸承和第二套筒安裝在所述后肢驅動機構安裝板上，另一端通過平鍵連接大腿桿并通過軸承安裝連桿；所述大腿桿的另一端通過膝關節軸與小腿桿相連；所述小腿桿的另一端通過踝關節軸與腳掌桿的中部相連接，所述踝關節軸與所述后肢驅動機構的第一輸出軸上的第二卷筒上的繩索連接；所述腳掌桿的上端通過連桿軸與所述連桿相連，腳掌桿的下端安裝腳趾支承；所述連桿軸與膝關節軸之間連接有彈簧；所述前肢驅動機構還包括安裝在前肢驅動機構安裝板上的前肢驅動電機，所述前肢驅動電機的輸出端通過齒輪傳動到所述前肢驅動機構的輸入軸；所述前肢執行機構包括肩關節軸，所述肩關節軸裝有前肢輸入齒輪，所述前肢輸入齒輪所述前肢驅動機構的第二輸出軸上的輸出齒輪相哨合；所述肩關節軸的一端通過第三軸承和第三套筒安裝在前肢驅動機構安裝板上，所述肩關節軸的另一端通過平鍵安裝有大臂桿；所述大臂桿的另一端通過肘關節軸與小臂桿，所述肘關節38上裝有扭簧，所述扭簧的兩肢分別壓在所述大臂桿和小臂桿上；所述小臂桿的前端與所述前肢驅動機構的第一輸出軸上的第二卷筒上的繩索連接。由上述本實用新型提供的技術方案可以看出，本實用新型提供的仿青蛙跳躍機器人，由于對前、后肢驅動機構和前、后肢執行機構的合理設置，提高了機器人驅動元件的利·用率，優化了腿部機械結構，提高了機器人的放生程度，增強了機器人的跳躍能力，提高了機器人機械機構的柔性，增強了跳躍過程的姿態穩定性。
圖I為本實用新型實施例提供的仿青蛙跳躍機器人的總裝結構示意圖；圖2為本實用新型的實施例中前、后肢驅動機構的爆炸圖；圖3為本實用新型的實施例中后肢執行機構的爆炸圖；圖4為本實用新型的實施例中前肢執行機構的爆炸圖。圖中所示標號說明I前肢驅動電機，2前肢驅動機構安裝板，3第一卷筒，4大臂桿，5小臂桿，6軀干安裝板，7后肢驅動電機，8后肢驅動機構安裝板，9大腿桿，10小腿桿，11腳掌桿，12彈簧，13第二卷筒，14第一軸承,15第一齒輪,16第一輸出軸，17第二齒輪,18第一套筒,19輸入軸，20第二輸出軸，21單向軸承，22不完全齒輪，23棘輪棘爪，24輸出齒輪，25后肢輸入齒輪，26第二軸承，27第二套筒，28髖關節軸，29膝關節軸，30彈簧安裝墊片，31連桿軸，32踝關節軸，33腳趾支撐，34第三軸承，35第三套筒，36前肢輸入齒輪，37肩關節軸，38肘關節軸，39扭簧，40連桿。
具體實施方式
下面將對本實用新型實施例作進一步地詳細描述。本實用新型仿青蛙跳躍機器人，其較佳的具體實施方式
如圖I、圖2、圖3、圖4所示包括軀干，所述軀干包括安裝板6，所述軀干安裝板6的前部和后部分別裝有前肢驅動機構安裝板2和后肢驅動機構安裝板8，所述前肢驅動機構安裝板2和后肢驅動機構安裝板8分別裝有前肢驅動機構和后肢驅動機構，所述前肢驅動機構和后肢驅動機構分別連接有前肢執行機構和后肢執行機構；所述前肢驅動機構和后肢驅動機構分別包括輸入軸19，所述輸入軸19上裝有第二齒輪17、單向軸承21、不完全齒輪22以及棘輪棘爪23，所述第二齒輪17通過齒輪傳動到第二輸出軸20,所述不完全齒輪22通過齒輪傳動到第一輸出軸16 ；[0033]所述輸入軸19、第一輸出軸16和第二輸出軸20通過第一軸承14安裝在所述前肢驅動機構安裝板2或后肢驅動機構安裝板8上；所述第一輸出軸16的兩端分別裝有第二卷筒13，所述第二卷筒13上卷有繩索，所述第二輸出軸20的兩端分別裝有輸出齒輪24 ；所述后肢驅動機構還包括安裝在后肢驅動機構安裝 板8上的后肢驅動電機7，后肢驅動電機7的輸出端通過齒輪傳動到所述后肢驅動機構的輸入軸19 ；所述后肢執行機構包括髖關節軸28，所述髖關節軸28上裝有后肢輸入齒輪25，所述后肢輸入齒輪25與所述后肢驅動機構的第二輸出軸20上的輸出齒輪24相卩齒合；所述髖關節軸28的一端通過第二軸承26和第二套筒27安裝在所述后肢驅動機構安裝板8上，另一端通過平鍵連接大腿桿9并通過軸承安裝連桿40 ；所述大腿桿9的另一端通過膝關節軸29與小腿桿10相連；所述小腿桿10的另一端通過踝關節軸32與腳掌桿11的中部相連接，所述踝關節軸32與所述后肢驅動機構的第一輸出軸16上的第二卷筒13上的繩索連接；所述腳掌桿11的上端通過連桿軸31與所述連桿相連，腳掌桿11的下端安裝腳趾支承33 ；所述連桿軸31與膝關節軸29之間連接有彈簧12 ；所述前肢驅動機構還包括安裝在前肢驅動機構安裝板2上的前肢驅動電機1，所述前肢驅動電機I的輸出端通過齒輪傳動到所述前肢驅動機構的輸入軸19 ；所述前肢執行機構包括肩關節軸37，所述肩關節軸37裝有前肢輸入齒輪36，所述前肢輸入齒輪36所述前肢驅動機構的第二輸出軸20上的輸出齒輪24相卩齒合；所述肩關節軸37的一端通過第三軸承34和第三套筒35安裝在前肢驅動機構安裝板2上，所述肩關節軸37的另一端通過平鍵安裝有大臂桿4 ；所述大臂桿4的另一端通過肘關節軸38與小臂桿5，所述肘關節38上裝有扭簧39，所述扭簧39的兩肢分別壓在所述大臂桿4和小臂桿5上；所述小臂桿5的前端與所述前肢驅動機構的第一輸出軸16上的第二卷筒13上的繩索連接。本實用新型的仿青蛙跳躍機器人，解決了彈跳結構與控制復雜、彈跳效率不高以及緩解著陸瞬間剛性沖擊等問題，結構簡單、仿生程度高、起跳姿態可調、著陸穩定好、彈跳效率高。本實用新型的仿青蛙跳躍機器人具體工作過程如下I、姿態調整階段，一方面通過后肢電機通過齒輪傳動帶動卷筒轉動，收縮伸縮使彈簧存儲能量，另一方面前后肢電機通過齒輪傳動調節前后置執行裝置中關節角來調整起跳角。2、跳躍階段，后肢驅動機構中的不完全齒輪嚙合解除后，彈簧能量釋放，機器人騰空，在空中前肢電機調節肘關節和肩關節角度，是機器人平穩落地，后肢電機轉動再次儲能為下一次跳躍做準備。本實用新型與現有壓緊裝置相比，具有以下突出優點和效果I、將動力元件與腿部機構分離，擴大了動力元件的機械運動執行范圍，同時解放了腿部機械結構。[0053]2、根據仿生設計原理，對青蛙的骨骼和整體的身體結構進行了模擬，因此在前腿后腿處都設計了姿態調節的功能，能夠像真正的青蛙一樣適應各種環境進行各種姿態調節。3、對腿部機構進行了優化設計，使機器人在著陸時受到的剛性沖擊大幅減小，提高了機器人在著陸時的姿態穩定性，并對機械機構起到了良好的保護作用。綜上，本實用新型提高了機器人驅動元件的利用率，優化了腿部機械結構，提高了機器人的放生程度，增強了機器人的跳躍能力，提高了機器人機械機構的柔性，增強了跳躍過程的姿態穩定性。具體實施例如圖I所示，整體上分為后肢驅動機構、后肢執行機構、軀干、前肢驅動機構以及前肢執行機構。如圖2所示，后肢驅動機構包括一后肢驅動電機7安裝在安裝板8上，后肢驅動電機7的輸出端安裝齒輪，通過齒輪-齒輪傳動扭矩給輸入軸19，輸入軸19上安裝第二齒輪17、單向軸承21、不完全齒輪22以及棘輪棘爪23，第二齒輪17通過齒輪-齒輪傳動結構給第二輸出軸20傳遞扭矩，棘輪棘爪23、不完全齒輪22和單向軸承21組成一個工作整體，通過不完全齒輪-齒輪機構傳遞扭矩到第一輸出軸16 ;輸入軸19、第一輸出軸16和第二輸出軸20通過軸承安裝在后肢驅動機構安裝板8上；第一輸出軸16安裝一第一齒輪15與不完全齒輪22相哨合,兩端分別安裝第二卷筒13，第二卷筒13上卷有繩索；第二輸出軸20中間安裝一齒輪與輸入軸的第二齒輪17相嚙合，軸的兩側通過軸承14和第一套筒18安裝在安裝板上，兩端安裝輸出齒輪24，與后肢執行機構的髖關節軸28上后肢輸入齒輪25相嚙合；在具體的執行過程中，后肢驅動電機7正轉，單向軸承21鎖住，輸入軸扭矩通過不完全齒輪-齒輪機構傳遞到第一輸出軸16，第一輸出軸16帶動第二卷筒13轉動收縮繩索，為后肢執行裝置彈簧的儲能提供能量；當電機正轉到不完全齒輪22前一個齒時，彈簧12存儲能量最大，并在棘輪棘爪23的控制下鎖定，當需要跳躍時，電機正傳一個齒是原本嚙合的齒輪失去約束，彈簧12能量瞬間釋放；如圖3所示，后肢執行機構后肢執行機構為四連桿彈簧機構，其髖關節軸28上安裝后肢輸入齒輪25，后肢輸入齒輪25與后肢驅動機構第二輸出軸20上的輸出齒輪24相嚙合，髖關節軸28的一端通過第二軸承26和第二套筒27安裝在安裝板上，另一端通過平鍵連接大腿桿9，通過軸承安裝連桿；大腿桿9的另一端通過膝關節軸29、軸承和螺母與小腿桿10相連；小腿桿的另一端通過踝關節軸32軸承和螺母與腳掌桿11的中部相連接；腳掌桿11的上端通過連桿軸31、軸承和螺母與連桿相連，腳掌桿11的下端安裝腳趾支承33 ;彈簧12通過彈簧安裝墊片30安裝在連桿軸31和膝關節軸29上，在青蛙機構跳躍過程中通過后肢驅動機構中卷筒13的轉動帶動繩索收縮使彈簧12儲能，提供跳躍的動力如圖I所示，軀干軀干為一塊軀干安裝板6連接放青蛙跳躍機器人機構的前肢和后肢，為了減輕軀干的重量，在軀干的安裝板上加工有減重作用的孔；機器人前肢驅動機構[0065]機器人前肢驅動機構和后肢驅動機構的機構基本相同，前肢驅動電機安裝在前肢驅動安裝板上，輸出端安裝齒輪，通過齒輪-齒輪傳動扭矩給輸入軸，輸入軸上安裝第一齒輪、單向軸承、不完全齒輪以及棘輪棘爪，第一齒輪通過出輪-齒輪給第二輸出軸傳遞扭矩，棘輪棘爪、不完全齒輪和單向軸承組成一個工作整體，通過不完全齒輪-齒輪機構傳遞扭矩到第一輸出軸；輸入軸、第一輸出軸和第二輸出軸通過軸承安裝在安裝板上；第一輸出軸安裝一齒輪與不完全齒輪相嚙合，兩端分別安裝卷筒，卷筒上卷有繩索；第二輸出軸中間安裝一齒輪與輸入軸的齒輪相嚙合，軸的兩側通過軸承和套筒安裝在安裝板上，兩端安裝輸出齒輪，與前肢執行機構的肩關節軸上輸入齒輪相哨合；在工作過程中，電機正反轉獨立傳動是通過單向齒輪和棘輪棘爪實現的。如圖4所示，前肢執行機構前肢執行機構是二連桿機構，其肩關節軸安裝前肢輸入齒輪36與前肢驅動機構輸出軸上的輸出齒輪相嚙合，肩關節軸37的一端通過第三軸承34和第三套筒35安裝在前 肢驅動機構安裝板2上，肩關節軸37的另一端通過平鍵安裝大臂桿4 ;大臂桿4的另一端通過軸承和螺母安裝在肘關節軸38的一側，肘關節軸38的另一側通過軸承和螺母安裝小臂桿5，扭轉彈簧安裝在肘關節上，兩端固定在大臂和小臂上，在不受約束是肘關節自動恢復到初始角度，小臂桿5的下端安裝足墊，提高著陸的穩定性；在工作過程中，前肢驅動機構電機正轉通過齒輪傳動帶動第一卷筒13轉動，收縮繩索減少肘關節角度；電機反轉通過齒輪傳動可以調節肩關節角度，調整適當的起跳角。綜上所述，本實用新型所述的仿青蛙跳躍機器人，解決了彈跳機構復雜、彈跳效率不高、落地穩定性較差、不能良好的緩解落地時的剛性沖擊，不符合仿生學原理等問題。本實用新型的設計合理，操作使用方便，可控制性好。以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式
，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型披露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。因此，本實用新型的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
權利要求1. 一種仿青蛙跳躍機器人，其特征在于，包括軀干，所述軀干包括安裝板(6)，所述軀干安裝板(6)的前部和后部分別裝有前肢驅動機構安裝板(2)和后肢驅動機構安裝板(8)，所述前肢驅動機構安裝板(2)和后肢驅動機構安裝板(8)分別裝有前肢驅動機構和后肢驅動機構，所述前肢驅動機構和后肢驅動機構分別連接有前肢執行機構和后肢執行機構； 所述前肢驅動機構和后肢驅動機構分別包括輸入軸(19)，所述輸入軸(19)上裝有第二齒輪(17)、單向軸承(21)、不完全齒輪(22)以及棘輪棘爪(23)，所述第二齒輪(17)通過齒輪傳動到第二輸出軸(20)，所述不完全齒輪(22)通過齒輪傳動到第一輸出軸(16); 所述輸入軸(19)、第一輸出軸(16)和第二輸出軸(20)通過第一軸承(14)安裝在所述前肢驅動機構安裝板(2)或后肢驅動機構安裝板(8)上； 所述第一輸出軸(16)的兩端分別裝有第二卷筒(13)，所述第二卷筒(13)上卷有繩索，所述第二輸出軸(20)的兩端分別裝有輸出齒輪(24)； 所述后肢驅動機構還包括安裝在后肢驅動機構安裝板(8)上的后肢驅動電機(7)，后肢驅動電機(7)的輸出端通過齒輪傳動到所述后肢驅動機構的輸入軸(19)； 所述后肢執行機構包括髖關節軸(28)，所述髖關節軸(28)上裝有后肢輸入齒輪(25)，所述后肢輸入齒輪(25)與所述后肢驅動機構的第二輸出軸(20)上的輸出齒輪(24)相嚙合； 所述髖關節軸(28 )的一端通過第二軸承(26 )和第二套筒(27 )安裝在所述后肢驅動機構安裝板(8)上，另一端通過平鍵連接大腿桿(9)并通過軸承安裝連桿(40)； 所述大腿桿(9)的另一端通過膝關節軸(29)與小腿桿(10)相連； 所述小腿桿(10)的另一端通過踝關節軸(32)與腳掌桿(11)的中部相連接，所述踝關節軸(32)與所述后肢驅動機構的第一輸出軸(16)上的第二卷筒(13)上的繩索連接； 所述腳掌桿(11)的上端通過連桿軸(31)與所述連桿(40 )相連，腳掌桿(11)的下端安裝腳趾支承(33)； 所述連桿軸(31)與膝關節軸(29)之間連接有彈簧(12)； 所述前肢驅動機構還包括安裝在前肢驅動機構安裝板(2)上的前肢驅動電機(I )，所述前肢驅動電機(I)的輸出端通過齒輪傳動到所述前肢驅動機構的輸入軸(19)； 所述前肢執行機構包括肩關節軸(37 )，所述肩關節軸(37 )裝有前肢輸入齒輪(36 )，所述前肢輸入齒輪(36)所述前肢驅動機構的第二輸出軸(20)上的輸出齒輪(24)相哨合；所述肩關節軸(37 )的一端通過第三軸承(34 )和第三套筒(35 )安裝在前肢驅動機構安裝板(2)上，所述肩關節軸(37)的另一端通過平鍵安裝有大臂桿(4)； 所述大臂桿(4)的另一端通過肘關節軸(38)與小臂桿(5)，所述肘關節38上裝有扭簧(39)，所述扭簧(39)的兩肢分別壓在所述大臂桿(4)和小臂桿(5)上； 所述小臂桿(5)的前端與所述前肢驅動機構的第一輸出軸(16)上的第二卷筒(13)上的繩索連接。
專利摘要本實用新型公開了一種仿青蛙跳躍機器人，軀干安裝板裝有前、后肢驅動機構，前、后肢驅動機構分別連接有前、后肢執行機構；前肢驅動機構和后肢驅動機構分別包括輸入軸，輸入軸上裝有第二齒輪、單向軸承、不完全齒輪以及棘輪棘爪，第二齒輪通過齒輪傳動到第二輸出軸，不完全齒輪通過齒輪傳動到第一輸出軸；第一輸出軸的兩端分別裝有第二卷筒，第二卷筒上卷有繩索，第二輸出軸的兩端分別裝有輸出齒輪。通過對前、后肢驅動機構和前、后肢執行機構的合理設置，提高了機器人驅動元件的利用率，優化了腿部機械結構，提高了機器人的仿生程度，增強了機器人的跳躍能力，提高了機器人機械機構的柔性，增強了跳躍過程的姿態穩定性。
文檔編號B62D57/02GK202703737SQ20122038932
公開日2013年1月30日 申請日期2012年8月7日 優先權日2012年8月7日
發明者黃昔光, 王建, 杭祖權 申請人:北方工業大學