专利名称：仿青蛙跳跃机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机器人，尤其涉及一种仿青蛙跳跃机器人。
背景技术：
随着机器人技术的不断发展，在面对恶劣的环境和复杂的地形时，运用机器人弹跳功能来增强其地形适应和自主运动的能力，是近年来发展较快的一种机器人技术。现有技术中的跳跃机器人普遍具有的缺点是机构自由度多、机械结构与控制复杂、仿生机器人承载能耗与总能耗功率的比例低、弹跳效率不高等
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、仿生程度高、起跳姿态可调、着陆稳定好、弹跳效率高的仿青蛙跳跃机器人。本发明的目的是通过以下技术方案实现的本发明的仿青蛙跳跃机器人，包括躯干，所述躯干包括安装板，所述躯干安装板的前部和后部分别装有前肢驱动机构安装板和后肢驱动机构安装板，所述前肢驱动机构安装板和后肢驱动机构安装板分别装有前肢驱动机构和后肢驱动机构，所述前肢驱动机构和后肢驱动机构分别连接有前肢执行机构和后肢执行机构；所述前肢驱动机构和后肢驱动机构分别包括输入轴，所述输入轴上装有第二齿轮、单向轴承、不完全齿轮以及棘轮棘爪，所述第二齿轮通过齿轮传动到第二输出轴，所述不完全齿轮通过齿轮传动到第一输出轴；所述输入轴、第一输出轴和第二输出轴通过第一轴承安装在所述前肢驱动机构安装板或后肢驱动机构安装板上；所述第一输出轴的两端分别装有第二卷筒，所述第二卷筒上卷有绳索，所述第二输出轴的两端分别装有输出齿轮；所述后肢驱动机构还包括安装在后肢驱动机构安装板上的后肢驱动电机，后肢驱动电机的输出端通过齿轮传动到所述后肢驱动机构的输入轴；所述后肢执行机构包括髋关节轴，所述髋关节轴上装有后肢输入齿轮，所述后肢输入齿轮与所述后肢驱动机构的第二输出轴上的输出齿轮相哨合；所述髋关节轴的一端通过第二轴承和第二套筒安装在所述后肢驱动机构安装板上，另一端通过平键连接大腿杆，并通过轴承安装连杆；所述大腿杆的另一端通过膝关节轴与小腿杆相连；所述小腿杆的另一端通过踝关节轴与脚掌杆的中部相连接，所述踝关节轴与所述后肢驱动机构的第一输出轴上的第二卷筒上的绳索连接；所述脚掌杆的上端通过连杆轴与所述连杆相连，脚掌杆的下端安装脚趾支承；所述连杆轴与膝关节轴之间连接有弹簧；所述前肢驱动机构还包括安装在前肢驱动机构安装板上的前肢驱动电机，所述前肢驱动电机的输出端通过齿轮传动到所述前肢驱动机构的输入轴；所述前肢执行机构包括肩关节轴，所述肩关节轴装有前肢输入齿轮，所述前肢输入齿轮所述前肢驱动机构的第二输出轴上的输出齿轮相哨合；所述肩关节轴的一端通过第三轴承和第三套筒安装在前肢驱动机构安装板上，所述肩关节轴的另一端通过平键安装有大臂杆；所述大臂杆的另一端通过肘关节轴与小臂杆，所述肘关节38上装有扭簧，所述扭簧的两肢分别压在所述大臂杆和小臂杆上；所述小臂杆的前端与所述前肢驱动机构的第一输出轴上的第二卷筒上的绳索连接。由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明提供的仿青蛙跳跃机器人，由于 对前、后肢驱动机构和前、后肢执行机构的合理设置，提高了机器人驱动元件的利用率，优化了腿部机械结构，提高了机器人的放生程度，增强了机器人的跳跃能力，提高了机器人机械机构的柔性，增强了跳跃过程的姿态稳定性。
图I为本发明实施例提供的仿青蛙跳跃机器人的总装结构示意图；图2为本发明的实施例中前、后肢驱动机构的爆炸图；图3为本发明的实施例中后肢执行机构的爆炸图；图4为本发明的实施例中前肢执行机构的爆炸图。图中所示标号说明I前肢驱动电机，2前肢驱动机构安装板，3第一卷筒，4大臂杆，5小臂杆，6躯干安装板，7后肢驱动电机，8后肢驱动机构安装板，9大腿杆，10小腿杆，11脚掌杆，12弹簧，13第二卷筒，14第一轴承,15第一齿轮,16第一输出轴，17第二齿轮,18第一套筒,19输入轴，20第二输出轴，21单向轴承，22不完全齿轮，23棘轮棘爪，24输出齿轮，25后肢输入齿轮，26第二轴承，27第二套筒，28髋关节轴，29膝关节轴，30弹簧安装垫片，31连杆轴，32踝关节轴，33脚趾支撑，34第三轴承，35第三套筒，36前肢输入齿轮，37肩关节轴，38肘关节轴，39扭簧，40连杆。
具体实施例方式下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明仿青蛙跳跃机器人，其较佳的具体实施方式
如图I、图2、图3、图4所示包括躯干，所述躯干包括安装板6，所述躯干安装板6的前部和后部分别装有前肢驱动机构安装板2和后肢驱动机构安装板8，所述前肢驱动机构安装板2和后肢驱动机构安装板8分别装有前肢驱动机构和后肢驱动机构，所述前肢驱动机构和后肢驱动机构分别连接有前肢执行机构和后肢执行机构；所述前肢驱动机构和后肢驱动机构分别包括输入轴19，所述输入轴19上装有第二齿轮17、单向轴承21、不完全齿轮22以及棘轮棘爪23，所述第二齿轮17通过齿轮传动到第二输出轴20,所述不完全齿轮22通过齿轮传动到第一输出轴16 ；所述输入轴19、第一输出轴16和第二输出轴20通过第一轴承14安装在所述前肢驱动机构安装板2或后肢驱动机构安装板8上；所述第一输出轴16的两端分别装有第二卷筒13，所述第二卷筒13上卷有绳索，所述第二输出轴20的两端分别装有输出齿轮24 ；所述后肢驱动机构还包括安装在后肢驱动机构安装板8上的后肢驱动电机7，后肢驱动电机7的输出端通过齿轮传动到所述后肢驱动机构的输入轴19 ；所述后肢执行机构包括髋关节轴28，所述髋关节轴28上装有后肢输入齿轮25，所述后肢输入齿轮25与所述后肢驱动机构的第二输出轴20上的输出齿轮24相卩齿合；所述髋关节轴28的一端通过第二轴承26和第二套筒27安装在所述后肢驱动机构安装板8上，另一端通过平键连接大腿杆9并通过轴承安装连杆40 ；所述大腿杆9的另一端通过膝关节轴29与小腿杆10相连；
所述小腿杆10的另一端通过踝关节轴32与脚掌杆11的中部相连接，所述踝关节轴32与所述后肢驱动机构的第一输出轴16上的第二卷筒13上的绳索连接；所述脚掌杆11的上端通过连杆轴31与所述连杆相连，脚掌杆11的下端安装脚趾支承33 ；所述连杆轴31与膝关节轴29之间连接有弹簧12 ；所述前肢驱动机构还包括安装在前肢驱动机构安装板2上的前肢驱动电机1，所述前肢驱动电机I的输出端通过齿轮传动到所述前肢驱动机构的输入轴19 ；所述前肢执行机构包括肩关节轴37，所述肩关节轴37装有前肢输入齿轮36，所述前肢输入齿轮36所述前肢驱动机构的第二输出轴20上的输出齿轮24相卩齿合；所述肩关节轴37的一端通过第三轴承34和第三套筒35安装在前肢驱动机构安装板2上，所述肩关节轴37的另一端通过平键安装有大臂杆4 ；所述大臂杆4的另一端通过肘关节轴38与小臂杆5，所述肘关节38上装有扭簧39，所述扭簧39的两肢分别压在所述大臂杆4和小臂杆5上；所述小臂杆5的前端与所述前肢驱动机构的第一输出轴16上的第二卷筒13上的绳索连接。本发明的仿青蛙跳跃机器人，解决了弹跳结构与控制复杂、弹跳效率不高以及缓解着陆瞬间刚性冲击等问题，结构简单、仿生程度高、起跳姿态可调、着陆稳定好、弹跳效率闻。本发明的仿青蛙跳跃机器人具体工作过程如下I、姿态调整阶段，一方面通过后肢电机通过齿轮传动带动卷筒转动，收缩伸缩使弹簧存储能量，另一方面前后肢电机通过齿轮传动调节前后置执行装置中关节角来调整起跳角。2、跳跃阶段，后肢驱动机构中的不完全齿轮啮合解除后，弹簧能量释放，机器人腾空，在空中前肢电机调节肘关节和肩关节角度，是机器人平稳落地，后肢电机转动再次储能为下一次跳跃做准备。本发明与现有压紧装置相比，具有以下突出优点和效果I、将动力元件与腿部机构分离，扩大了动力元件的机械运动执行范围，同时解放了腿部机械结构。2、根据仿生设计原理，对青蛙的骨骼和整体的身体结构进行了模拟，因此在前腿后腿处都设计了姿态调节的功能，能够像真正的青蛙一样适应各种环境进行各种姿态调节。3、对腿部机构进行了优化设计，使机器人在着陆时受到的刚性冲击大幅减小，提高了机器人在着陆时的姿态稳定性，并对机械机构起到了良好的保护作用。综上，本发明提高了机器人驱动元件的利用率，优化了腿部机械结构，提高了机器人的放生程度，增强了机器人的跳跃能力，提高了机器人机械机构的柔性，增强了跳跃过程的姿态稳定性。具体实施例如图I所示，整体上分为后肢驱动机构、后肢执行机构、躯干、前肢驱动机构以及前肢执行机构。如图2所示，后肢驱动机构 包括一后肢驱动电机7安装在安装板8上，后肢驱动电机7的输出端安装齿轮，通过齿轮-齿轮传动扭矩给输入轴19，输入轴19上安装第二齿轮17、单向轴承21、不完全齿轮22以及棘轮棘爪23，第二齿轮17通过齿轮-齿轮传动结构给第二输出轴20传递扭矩，棘轮棘爪23、不完全齿轮22和单向轴承21组成一个工作整体，通过不完全齿轮-齿轮机构传递扭矩到第一输出轴16 ;输入轴19、第一输出轴16和第二输出轴20通过轴承安装在后肢驱动机构安装板8上；第一输出轴16安装一第一齿轮15与不完全齿轮22相哨合,两端分别安装第二卷筒13，第二卷筒13上卷有绳索；第二输出轴20中间安装一齿轮与输入轴的第二齿轮17相啮合，轴的两侧通过轴承14和第一套筒18安装在安装板上，两端安装输出齿轮24，与后肢执行机构的髋关节轴28上后肢输入齿轮25相啮合；在具体的执行过程中，后肢驱动电机7正转，单向轴承21锁住，输入轴扭矩通过不完全齿轮-齿轮机构传递到第一输出轴16，第一输出轴16带动第二卷筒13转动收缩绳索，为后肢执行装置弹簧的储能提供能量；当电机正转到不完全齿轮22前一个齿时，弹簧12存储能量最大，并在棘轮棘爪23的控制下锁定，当需要跳跃时，电机正传一个齿是原本啮合的齿轮失去约束，弹簧12能量瞬间释放；如图3所示，后肢执行机构后肢执行机构为四连杆弹簧机构，其髋关节轴28上安装后肢输入齿轮25，后肢输入齿轮25与后肢驱动机构第二输出轴20上的输出齿轮24相啮合，髋关节轴28的一端通过第二轴承26和第二套筒27安装在安装板上，另一端通过平键连接大腿杆9，通过轴承安装连杆；大腿杆9的另一端通过膝关节轴29、轴承和螺母与小腿杆10相连；小腿杆的另一端通过踝关节轴32轴承和螺母与脚掌杆11的中部相连接；脚掌杆11的上端通过连杆轴31、轴承和螺母与连杆相连，脚掌杆11的下端安装脚趾支承33 ;弹簧12通过弹簧安装垫片30安装在连杆轴31和膝关节轴29上，在青蛙机构跳跃过程中通过后肢驱动机构中卷筒13的转动带动绳索收缩使弹簧12储能，提供跳跃的动力如图I所示，躯干躯干为一块躯干安装板6连接放青蛙跳跃机器人机构的前肢和后肢，为了减轻躯干的重量，在躯干的安装板上加工有减重作用的孔；机器人前肢驱动机构机器人前肢驱动机构和后肢驱动机构的机构基本相同，前肢驱动电机安装在前肢驱动安装板上，输出端安装齿轮，通过齿轮-齿轮传动扭矩给输入轴，输入轴上安装第一齿轮、单向轴承、不完全齿轮以及棘轮棘爪，第一齿轮通过出轮-齿轮给第二输出轴传递扭矩，棘轮棘爪、不完全齿轮和单向轴承组成一个工作整体，通过不完全齿轮-齿轮机构传递扭矩到第一输出轴；输入轴、第一输出轴和第二输出轴通过轴承安装在安装板上；第一输出轴安装一齿轮与不完全齿轮相啮合，两端分别安装卷筒，卷筒上卷有绳索；第二输出轴中间安装一齿轮与输入轴的齿轮相啮合，轴的两侧通过轴承和套筒安装在安装板上，两端安装输出齿轮，与前肢执行机构的肩关节轴上输入齿轮相哨合；在工作过程中，电机正反转独立传动是通过单向齿轮和棘轮棘爪实现的。如图4所示，前肢执行机构前肢执行机构是二连杆机构，其肩关节轴安装前肢输入齿轮36与前肢驱动机构输出轴上的输出齿轮相啮合，肩关节轴37的一端通过第三轴承34和第三套筒35安装在前肢驱动机构安装板2上，肩关节轴37的另一端通过平键安装大臂杆4 ;大臂杆4的另一端通过轴承和螺母安装在肘关节轴38的一侧，肘关节轴38的另一侧通过轴承和螺母安装小 臂杆5，扭转弹簧安装在肘关节上，两端固定在大臂和小臂上，在不受约束是肘关节自动恢复到初始角度，小臂杆5的下端安装足垫，提高着陆的稳定性；在工作过程中，前肢驱动机构电机正转通过齿轮传动带动第一卷筒13转动，收缩绳索减少肘关节角度；电机反转通过齿轮传动可以调节肩关节角度，调整适当的起跳角。综上所述，本发明所述的仿青蛙跳跃机器人，解决了弹跳机构复杂、弹跳效率不高、落地稳定性较差、不能良好的缓解落地时的刚性冲击，不符合仿生学原理等问题。本发明的设计合理，操作使用方便，可控制性好。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
权利要求
1. 一种仿青蛙跳跃机器人，其特征在于，包括躯干，所述躯干包括安装板(6)，所述躯干安装板(6)的前部和后部分别装有前肢驱动机构安装板(2)和后肢驱动机构安装板(8)，所述前肢驱动机构安装板(2)和后肢驱动机构安装板(8)分别装有前肢驱动机构和后肢驱动机构，所述前肢驱动机构和后肢驱动机构分别连接有前肢执行机构和后肢执行机构； 所述前肢驱动机构和后肢驱动机构分别包括输入轴(19)，所述输入轴(19)上装有第二齿轮(17)、单向轴承(21)、不完全齿轮(22)以及棘轮棘爪(23)，所述第二齿轮(17)通过齿轮传动到第二输出轴(20)，所述不完全齿轮(22)通过齿轮传动到第一输出轴(16); 所述输入轴(19)、第一输出轴(16)和第二输出轴(20)通过第一轴承(14)安装在所述前肢驱动机构安装板(2)或后肢驱动机构安装板(8)上； 所述第一输出轴(16)的两端分别装有第二卷筒(13)，所述第二卷筒(13)上卷有绳索，所述第二输出轴(20)的两端分别装有输出齿轮(24)； 所述后肢驱动机构还包括安装在后肢驱动机构安装板(8)上的后肢驱动电机(7)，后肢驱动电机(7)的输出端通过齿轮传动到所述后肢驱动机构的输入轴(19)； 所述后肢执行机构包括髋关节轴(28)，所述髋关节轴(28)上装有后肢输入齿轮(25)，所述后肢输入齿轮(25)与所述后肢驱动机构的第二输出轴(20)上的输出齿轮(24)相啮合； 所述髋关节轴(28 )的一端通过第二轴承(26 )和第二套筒(27 )安装在所述后肢驱动机构安装板(8)上，另一端通过平键连接大腿杆(9)并通过轴承安装连杆(40)； 所述大腿杆(9)的另一端通过膝关节轴(29)与小腿杆(10)相连； 所述小腿杆(10)的另一端通过踝关节轴(32)与脚掌杆(11)的中部相连接，所述踝关节轴(32)与所述后肢驱动机构的第一输出轴(16)上的第二卷筒(13)上的绳索连接； 所述脚掌杆(11)的上端通过连杆轴(31)与所述连杆(40 )相连，脚掌杆(11)的下端安装脚趾支承(33)； 所述连杆轴(31)与膝关节轴(29)之间连接有弹簧(12)； 所述前肢驱动机构还包括安装在前肢驱动机构安装板(2)上的前肢驱动电机(I )，所述前肢驱动电机(I)的输出端通过齿轮传动到所述前肢驱动机构的输入轴(19)； 所述前肢执行机构包括肩关节轴(37 )，所述肩关节轴(37 )装有前肢输入齿轮(36 )，所述前肢输入齿轮(36)所述前肢驱动机构的第二输出轴(20)上的输出齿轮(24)相哨合；所述肩关节轴(37 )的一端通过第三轴承(34 )和第三套筒(35 )安装在前肢驱动机构安装板(2)上，所述肩关节轴(37)的另一端通过平键安装有大臂杆(4)； 所述大臂杆(4)的另一端通过肘关节轴(38)与小臂杆(5)，所述肘关节38上装有扭簧(39)，所述扭簧(39)的两肢分别压在所述大臂杆(4)和小臂杆(5)上； 所述小臂杆(5)的前端与所述前肢驱动机构的第一输出轴(16)上的第二卷筒(13)上的绳索连接。
全文摘要
本发明公开了一种仿青蛙跳跃机器人，躯干安装板装有前、后肢驱动机构，前、后肢驱动机构分别连接有前、后肢执行机构；前肢驱动机构和后肢驱动机构分别包括输入轴，输入轴上装有第二齿轮、单向轴承、不完全齿轮以及棘轮棘爪，第二齿轮通过齿轮传动到第二输出轴，不完全齿轮通过齿轮传动到第一输出轴；第一输出轴的两端分别装有第二卷筒，第二卷筒上卷有绳索，第二输出轴的两端分别装有输出齿轮。通过对前、后肢驱动机构和前、后肢执行机构的合理设置，提高了机器人驱动元件的利用率，优化了腿部机械结构，提高了机器人的仿生程度，增强了机器人的跳跃能力，提高了机器人机械机构的柔性，增强了跳跃过程的姿态稳定性。
文档编号B62D57/02GK102806951SQ20121027936
公开日2012年12月5日 申请日期2012年8月7日 优先权日2012年8月7日
发明者黄昔光, 王建, 杭祖权 申请人:北方工业大学