相连。蜗轮28内孔采用渐开线内花键，蜗轮轴为渐开线外花键轴29，蜗轮28与蜗轮花键轴29连接；曲柄2连接在蜗轮花键轴29上，曲柄2上有多个孔位，齿条4 一端通过调节螺栓36与曲柄2铰接，调节螺栓36与曲柄2上不同孔位配合调节曲柄2长度，齿条4与第一齿轮6啮合，第一齿轮6与前髋关节轴30通过键固连；两齿条挡板34分别安装在第一齿轮6两侧，通过上端的滚动轴承保证齿条4与第一齿轮6的正常啮合。
[0026]跳跃机构包括前髋关节轴30、大腿7、前膝关节轴31、小腿17、踝关节轴33、后髋关节轴32、跳跃辅助架16、后膝关节轴35、脚掌18、弹簧安装杆14、安装杆转轴15、弹簧安装轴13、弹簧12、第二齿轮24、齿轮杆11，齿轮杆11通过后髋关节轴32与车后架铰接，第一齿轮6与前髋关节轴30固连，两条大腿7分别固连在前髋关节轴30两端，相对于第二齿轮24对称安装，大腿7、第一齿轮6与第二齿轮24同步转动；脚掌18采用多片弧形板叠加在脚骨架上，增加脚掌18的韧度用于缓冲吸振，脚骨架通过螺栓固连在跳跃辅助架16两侧。小腿17 —端与大腿7通过前膝关节轴31铰接，小腿17另一端通过踝关节轴33与跳跃辅助架16铰接；跳跃辅助架16与齿轮杆11通过后膝关节轴35铰接；齿轮杆11与第二齿轮24相互啮合，弹簧安装轴13连接在弹簧安装杆14上，弹簧安装杆14与跳跃辅助架16通过安装杆转轴15铰接，并通过定位销调节与跳跃辅助架16的角度。
[0027]控制装置由舵机25、舵机控制仪9、控制电路板26、电磁离合器19及遥控操纵装置组成；舵机25固定安装在内燃机I进气门旁，用于控制内燃机I进气量调节内燃机I转速和功率；机载电源、控制电路板26和舵机控制仪9安装在载物板10上，用于为舵机25供电和控制舵机25，以及输出舵机25运行参数。电磁离合器19采用双离合器组合体，电磁离合器19位于车前架20的下面，安装在大带轮21与蜗杆27中间，通过选择不同的闭合方式实现蜗杆27的正反转；舵机控制仪9、控制电路板26分别安装在载物板上。遥控操纵装置为控制人手持，用于控制电磁离合器19和舵机25的工作。
[0028]如图5、图6、图7所示，机器人在初始状态，依靠自身重力将弹簧12拉伸，机器人整体质心处于最低，此时，电磁离合器19处于断电分离状态。机器人起跳前需为油箱8注入适量燃油，调节弹簧安装杆14与跳跃辅助架16的角度，然后打开机器人机载电源开关，启动内燃机1，调节舵机控制仪9控制内燃机I转速和功率。内燃机I带动小带轮23逆时针转动，小带轮23通过同步带22带动大带轮21逆时针转动，电磁离合器19输入端与大带轮21固连同时转动，此时，机器人处于跳跃前的待机状态。
[0029]机器人在起跳状态时，控制电磁离合器遥控开关，选择电磁离合器输入端输出端同向转动使电磁离合器19闭合，电磁离合器19输出端、蜗杆27随大带轮21同时转动。蜗轮28与蜗杆27啮合将力和运动传递到蜗轮花键轴29上，蜗轮28与曲柄2逆时针转动。曲柄2的转动带动齿条4向前移动，通过啮合，第一齿轮6逆时针转动。通过前髋关节轴30的传动，第二齿轮24、两条大腿7逆时针转动。齿轮杆11顺时针转动，弹簧12拉伸距离变短释放能量，大腿7与小腿17内夹角变大，跳跃机构逐渐伸展，机器人整体质心升高，脚掌18逆时针向后蹬地。由于电磁离合器19闭合后，传动机构和跳跃机构的一系列动作在很短时间完成，机器人获得瞬间起跳的爆发力从而快速起跳。
[0030]机器人在腾空越障状态时，弹簧12释放完能量被脚掌18的惯性力带动处于压缩状态，大腿7与车后架5内角、齿轮杆11与车后架5内角处于最小状态；大腿7、小腿17、脚掌18最大程度伸展处于一条线上，脚掌18向后蹬动，实现瞬间起跳爆发后，脚掌18与地面距离迅速变大，实现越障。
[0031]机器人在着地状态时，机器人着地状态有两种情况:第一种情况为无人工干预，曲柄2逆时针转动处于下半周时，曲柄2转动带动齿条4向后移动，通过啮合第一齿轮6顺时针转动。通过前髋关节轴30的传动，第二齿轮24、两条大腿7顺时针转动。通过啮合，齿轮杆11逆时针转动，弹簧12被拉伸储存能量，大腿7与小腿17内夹角变小，跳跃机构逐渐压缩，机器人整体质心下降，脚掌18顺时针转动。落地冲击力通过脚掌18、小腿17、跳跃辅助架16将弹簧12拉伸，实现缓冲储能。第二种情况为人工控制干预，当曲柄2逆时针转动处于上半周时，人工控制离合器遥控开关切换电磁离合器19闭合，电磁离合器19输入端、输出端反向转动，电磁离合器19输出端、蜗杆27顺时针转动。蜗轮28与曲柄2顺时针转动，曲柄2的转动带动齿条4向后移动，通过啮合第一齿轮6顺时针转动，跳跃机构变化同第一种情况相同。落地后随着曲柄2的转动，机器人进入下一个跳跃周期。
【主权项】
1.一种内燃机驱动的仿生跳跃机器人，其特征在于:包括传动机构、跳跃机构、控制装置、内燃机、蜗轮蜗杆箱、油箱、车前架、车后架、载物板，车前架和车后架分别与蜗轮蜗杆箱固连，内燃机固定在车前架的上面，载物板与车后架固连，油箱安装在载物板上； 所述传动机构包括小带轮、同步带、大带轮、蜗杆、蜗轮、蜗轮花键轴、曲柄、齿条、第一齿轮、齿条挡板、调节螺栓，小带轮与内燃机输出轴固连，大带轮与控制装置的电磁离合器高速端连接，电磁离合器低速端与蜗杆固连，大带轮与小带轮通过同步带相连；蜗轮与蜗轮花键轴固连，曲柄连接在蜗轮花键轴上，齿条一端通过调节螺栓与曲柄铰接，曲柄上有多个孔位，调节螺栓与曲柄上不同孔位配合调节曲柄长度，齿条与第一齿轮啮合，第一齿轮与前髋关节轴固连，两齿条挡板分别位于第一齿轮两侧； 所述跳跃机构包括前髋关节轴、大腿、前膝关节轴、小腿、踝关节轴、后髋关节轴、跳跃辅助架、后膝关节轴、脚掌、弹簧安装杆、安装杆转轴、弹簧安装轴、弹簧、第二齿轮、齿轮杆，齿轮杆与后髋关节轴铰接，第一齿轮与前髋关节轴连接，两条大腿位于前髋关节轴两端，相对于第二齿轮对称安装，大腿、第一齿轮与第二齿轮同步转动；脚掌采用多片弧形板叠加在脚骨架上，脚骨架固连在跳跃辅助架两侧；小腿一端通过前膝关节轴与大腿铰接，小腿另一端通过踝关节轴与跳跃辅助架铰接；跳跃辅助架与齿轮杆通过后膝关节轴铰接；齿轮杆与第二齿轮啮合，弹簧安装轴连接在弹簧安装杆上，弹簧安装杆与跳跃辅助架通过安装杆转轴铰接，并通过定位销调节与跳跃辅助架的角度； 所述控制装置包括舵机、舵机控制仪、控制电路板、电磁离合器，电磁离合器位于车前架的下面，舵机固定在内燃机侧端，舵机控制仪、控制电路板分别安装在载物板上。2.根据权利要求1所述的内燃机驱动的仿生跳跃机器人，其特征在于:机架、大腿、小腿、跳跃辅助架、齿轮杆长度比例为1:0.6:1.2:0.5:0.8ο
【专利摘要】本发明公开了一种内燃机驱动的仿生跳跃机器人，由传动机构、跳跃机构、控制装置、发动机、蜗轮蜗杆箱组成；机器人采用发动机为动力源驱动，辅助拉伸弹簧提高能量利用率；控制装置控制电磁离合器正反转以控制跳跃机构伸展与收缩，舵机控制发动机的速度和功率。跳跃装置采用闭链齿轮五杆机构模仿生物开链的骨架，弹簧安装杆与跳跃辅助架角度可调，实现机构力学变换性能；曲柄长度可调，用以调节跳跃机构伸展加速度，瞬间爆发力和良好的跳跃性能；模仿袋鼠跳跃运动特性跳跃行进，弧形脚掌采用多片叠加方式变为柔性脚，脚掌韧性和缓冲吸振能力大幅提高。仿生跳跃机器人拥有较高的仿生程度和良好的跳跃性能，对地形环境适应能力强。
【IPC分类】B62D57/02
【公开号】CN105059412
【申请号】CN201510500389
【发明人】葛文杰, 兰洪财, 张文磊, 张亚青, 青威, 徐磊
【申请人】西北工业大学
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年8月14日