专利名称：一种燃气驱动弹跳机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种燃气驱动弹跳机构，属于驱动弹跳机构的技术领域。
背景技术：
根据运动方式的不同，地面移动机器人可分为两类一类是轮履式，这是大多数地 面移动机器人的运动方式，如目前用于防爆、消防、战场及星际探索用的移动机器人。轮式 驱动机器人具有较高的效率但地形适应性差，只能在相对平坦的地势上运动，在未知或崎 岖地形上其运动范围将受到极大限制；履带驱动机器人具有较好的爬行能力但其效率和灵 活性较低，只能翻越具体形状或小尺寸的障碍，如楼梯等。另一类是爬行或步行方式，如机 器蛇、机器蟋蟀、仿人机器人等。步行或爬行驱动机器人地形适应性强，但大量的关节驱动 使得结构和控制复杂、效率低，且当障碍物数倍于自身尺寸时也很难顺利翻越。弹跳机器人可解决传统地面移动机器人在未知环境中机动性差，活动范围受限的 问题。机器人可越过高度数倍于自身尺寸的障碍物，解决轮履、步行或爬行驱动机器人机动 性不强的问题，适合于机器人复杂地形运动的需要。此外，将弹跳与轮履或爬行等运动方式 相结合，发挥各自的优点。如机器人根据地形情况选择合适的运动方式在遇到较大障碍物 时采用弹跳运动；在相对平坦地形采用轮式运动，发挥轮式运动能量消耗少、控制方便的优 点，节约机载能源，提高机器人的活动范围。弹跳机器人可用于考古、野外勘察、战场侦察、 抢险救灾、星际探索等领域。弹跳机构是弹跳机器人的核心。目前弹跳机构能量来源主要是电能，这是目前大 多数弹跳机构所采用的能源方式，由电机(或电致驱动器)带动传动机构使弹性元件产生 变形，将电能转换为弹性势能，瞬间释放转换成弹跳机构的动能实现弹跳。由于需要传动机 构，且其中一部分能量要用来克服电池、电机及传动机构的重量，能源利用效率低，带负载 能力差，难以支持机器人大范围运动，同时废旧电池处理还会带来环境污染问题。为克服已有弹跳机构能量效率和能量密度低、带负载能力差的缺点，本发明提供 了一种燃气驱动式弹跳机构，具有体积小、可靠性高、废气排气完全、带负载能力强等优点， 适合于用作弹跳机器人的弹跳驱动。
发明内容
本发明目的是针对现有技术存在的缺陷以及机器人弹跳运动实现的需求提供一 种燃气驱动弹跳机构。本发明为实现上述目的，采用如下技术方案本发明一种燃气驱动弹跳机构，包括缸体活塞组、点火器、活塞复位弹簧和锁紧 机构，其中缸体活塞组包括气缸、活塞、防撞垫、锁紧盘和挡圈，中空式活塞包括小活塞复位 弹簧、活塞杆、小活塞和导向套；活塞通孔的上下部分别设置挡圈，小活塞设置于活塞的通 孔内由挡圈隔挡，活塞通孔的下部挡圈与小活塞的下部通过小活塞复位弹簧连接，活塞杆 的下部与气缸之间设置导向套，活塞的下部与气缸的下部通过活塞复位弹簧连接，锁紧机构的上半部分安装在缸体的下部，锁紧机构的下半部分安装在锁紧盘上，锁紧盘与活塞杆 固连。优选地所述锁紧机构为电磁铁或永磁体。优选地，所述点火器采用火花塞或热火头点火。优选地，所述中空式活塞还包括密封装置，小活塞的上部与活塞杆之间以及活塞 的上部与气缸之间分别设置密封装置。本发明采用内嵌双活塞结构。将活塞杆做成中空结构，并内嵌一只小活塞。充气 时，气体压力克服小活塞弹簧力使小活塞下行而将气体充入，将活塞杆的内部空间用来作 为燃烧室，有效利用了弹跳机构的内部空间，减小弹跳机构体积。排气时活塞在弹簧力作用 下将废气排除，比固定结构燃烧室排气更彻底，有利于保证下一次充入的混合气体成分。采 用磁力式锁紧机构，磁锁紧力有电磁铁和永磁体两种实现方式。磁力式锁紧机构具有锁紧 力大、锁紧力随位移增加衰减速度快的优点。较大的锁紧力用于保证气体充入压力，锁紧力 衰减速度快使功率损失减小，又能有利于活塞复位和排气。燃气驱动弹跳机构可用于弹跳 机器人的弹跳驱动，实现机器人的弹跳运动，使机器人能够越过数倍于自身尺寸的障碍物， 具有较强的未知地形适应能力，机动能力强。
图1为燃气驱动弹跳机构。图中名称标号1为点火器，2为进气口，3为排气口，4为气缸，5为活塞，6为密封 装置，7为活塞复位弹簧，8为小活塞复位弹簧，9为活塞杆，10为小活塞，11为导向套，12为 锁紧机构，13为防撞垫，14为锁紧盘，15为挡圈。图2为充入可燃气体后弹跳机构的结构图。图3为点火后弹跳机构的结构图。图4为弹跳机构起跳后的结构图。
具体实施例方式图1为燃气驱动弹跳机构。活塞杆9做成中空状，并内嵌一只小活塞10，形成双活 塞结构。活塞5与活塞杆9可为整体式或分体式。锁紧机构12采用电磁铁或永磁体实现， 上半部分安装在缸体4上，下半部分安装在锁紧盘14上。锁紧盘14与活塞杆9固连。图2为充入可燃气体后的机构结构图。将可燃气体由进气口 2充入气缸4，小活 塞10在气体压力的作用下克服弹簧8下移，使得活塞杆9的中空部位存储可燃气体，成为 燃烧室。这时由于锁紧机构12的作用，活塞杆9不动，从而保证燃烧室内的充气压力。图3为点火后的机构结构图。点火后，气体爆燃产生高压高温气体，气体压力一方 面作用在活塞杆9上，使其压紧地面，另一方面作用在气缸4上，克服锁紧机构锁紧力、弹簧 力、摩擦力等阻力使缸体4产生向上的加速度和速度，气缸4和活塞5之间产生相对运动， 复位弹簧7受到压缩。图4为弹跳后的机构结构图。当到达行程终点时，气缸4通过弹簧7带动活塞5及 活塞杆9 一起向上，形成离地的弹跳运动。在此过程中，打开排气口，使气缸4内的废气排 出。活塞5在复位弹簧7作用下复位，当接近初始位置时，虽然弹簧7复位力减小，但由于
4锁紧机构锁紧力的增大，能使活塞5完全复位。小活塞10在复位弹簧8作用下复位，将活 塞杆内的废气排除，实现完全排气，保证下一次充入气体的成分。最终机构回到初始状态。
权利要求
一种燃气驱动弹跳机构，其特征在于，包括缸体活塞组、点火器(1)、活塞复位弹簧(7)和锁紧机构(12)，其中缸体活塞组包括气缸(4)、活塞(5)、防撞垫(13)、锁紧盘(14)和挡圈(15)，中空式活塞(5)包括小活塞复位弹簧(8)、活塞杆(9)、小活塞(10)和导向套(11)；活塞(5)通孔的上下部分别设置挡圈(15)，小活塞(10)设置于活塞(5)的通孔内由挡圈(15)隔挡，活塞(5)通孔的下部挡圈(15)与小活塞(10)的下部通过小活塞复位弹簧(8)连接，活塞杆(9)的下部与气缸(4)之间设置导向套(11)，活塞(5)的下部与气缸(4)的下部通过活塞复位弹簧(7)连接，锁紧机构(12)的上半部分安装在缸体(4)的下部，锁紧机构(12)的下半部分安装在锁紧盘(14)上，锁紧盘(14)与活塞杆(9)固连。
2.根据权利要求1所述的一种燃气驱动弹跳机构，其特征在于所述锁紧机构(12)为电 磁铁或永磁体。
3.根据权利要求1所述的一种燃气驱动弹跳机构，其特征在于，所述点火器(1)采用火 花塞或热火头点火。
4.根据权利要求1所述的一种燃气驱动弹跳机构，其特征在于，所述中空式活塞(5)还 包括密封装置(6)，小活塞(10)的上部与活塞杆(9)之间以及活塞(5)的上部与气缸(4) 之间分别设置密封装置(6)。
全文摘要
本发明公布了一种燃气驱动弹跳机构，包括缸体活塞组、点火器、活塞复位弹簧和锁紧机构，其中缸体活塞组包括气缸、活塞、防撞垫、锁紧盘和挡圈，中空式活塞包括小活塞复位弹簧、活塞杆、小活塞和导向套；活塞通孔的上下部分别设置挡圈，小活塞设置于活塞的通孔内由挡圈隔挡，活塞通孔的下部挡圈与小活塞的下部通过小活塞复位弹簧连接，活塞杆的下部与气缸之间设置导向套，活塞的下部与气缸的下部通过活塞复位弹簧连接，锁紧机构的上半部分安装在缸体的下部，锁紧机构的下半部分安装在锁紧盘上，锁紧盘与活塞杆固连。本发明用于弹跳机器人的弹跳驱动，使机器人能够越过数倍于自身尺寸的障碍物，具有较强的未知地形适应能力，机动能力强。
文档编号A63H11/06GK101961558SQ20101027563
公开日2011年2月2日 申请日期2010年9月7日 优先权日2010年9月7日
发明者张克通, 栾云广, 王化明 申请人:南京航空航天大学