专利名称：仿蝗虫弹跳翻转机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机器人，尤其涉及一种仿蝗虫弹跳翻转机器人。
背景技术：
为了解决微小型移动机器人的越障难题，目前探索研究了各种高机动性高越障性 的机器人，其中具备弹跳能力的移动机器人不仅具备二维平面上的移动能力，还可以通过 跳跃越过数倍甚至数十倍于自身尺寸的障碍物。因此具有复合运动能力的移动弹跳翻转机 器人弥补了传统移动机器人只具有单一运动方式的不足，大大扩展了微小型机器人的应用 范围，具有广阔的应用前景。特别是在星际探索中，由于月球与火星表面重力加速度低于地 球(火星38%，月球17% )，能充分利用弹跳运动这个优势，达到更高的弹跳高度以越过星 球表面的障碍物。 自然界生物在漫长的进化过程中形成了近乎完美的身体结构，为了提高机器人的 运动能力，技术人员从自然界的生物运动获得启发，通过模仿它们发展出了更为高效的运 动方式。在跳跃机器人研究中，很多都是模仿具有跳跃能力的动物，如袋鼠、青蛙和蚂蚱等。 其中蚂蚱具有移动和弹跳双重运动方式，其自身骨骼特有的结构力学特点拥有惊人的弹跳 能力，还具有陆地移动的能力。 现有技术中，对仿生移动弹跳翻转机器人的研究已取得一定成果，但目前仍处于 实验室原理样机研究探索的初级阶段，至少还存在着以下缺点 移动机动性不强、起跳阶段弹跳能力差、着陆时冲击大且不稳定，同时机器人智能 化程度不高。另外，由于自身负载重量的限制，符合要求的电池无法保证较长的工作续航时 间。
发明内容
本发明的目的是提供一种仿蝗虫弹跳翻转机器人，该机器人既可以在平坦地形上 以移动为主要运动方式，提高机器人机动性，降低机器人能源功耗；又可以在遇到障碍时采 用跳跃运动的方式进行越障。 本发明的目的是通过以下技术方案实现的 本发明的仿蝗虫弹跳翻转机器人，包括机体，所述机体上设有弹跳装置和翻转装 置，所述弹跳装置包括 在所述机体的两侧分别安装有前腿跳跃支撑杆和后腿跳跃支撑杆，所述前腿跳跃 支撑杆和后腿跳跃支撑杆的前端分别与机体铰接； 所述前腿跳跃支撑杆和后腿跳跃支撑杆等长并平行设置，所述机体两侧的前腿跳 跃支撑杆和后腿跳跃支撑杆的后端通过一个平行四杆机构相互铰接； 所述机体两侧的前腿跳跃支撑杆的前端分别固连有过渡杆，机体两侧的过渡杆的 末端通过一个连杆相连，所述连杆与所述机体之间设有弹簧； 所述机体两侧的前腿跳跃支撑杆通过一转轴连接，所述转轴连接有间歇转动驱动
3装置。 由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的仿蝗虫弹跳翻转机器人， 由于机体上设有弹跳装置和翻转装置，在机体的两侧分别安装有前腿跳跃支撑杆和后腿跳 跃支撑杆，前腿跳跃支撑杆和后腿跳跃支撑杆的前端分别与机体铰接，前腿跳跃支撑杆和 后腿跳跃支撑杆等长并平行设置，机体两侧的前腿跳跃支撑杆和后腿跳跃支撑杆的后端通 过一个平行四杆机构相互铰接，形成四杆弹跳机构； 机体两侧的前腿跳跃支撑杆的前端分别固连有过渡杆，机体两侧的过渡杆的末端 通过一个连杆相连，连杆与机体之间设有弹簧，机体两侧的前腿跳跃支撑杆通过一转轴连 接，转轴连接有间歇转动驱动装置，形成能量存储和释放装置。 既可以在平坦地形上以移动为主要运动方式，提高机器人机动性，降低机器人能 源功耗；又可以在遇到障碍时采用跳跃运动的方式进行越障。
图1为本发明的仿蝗虫弹跳翻转机器人的侧面结构原理图；
图2为本发明的仿蝗虫弹跳翻转机器人的内部结构示意图。
具体实施例方式
本发明的仿蝗虫弹跳翻转机器人，其较佳的具体实施方式
如图1、图2所示，包括 机体，所述机体上设有弹跳装置和翻转装置，所述弹跳装置包括 在所述机体的两侧分别安装有前腿跳跃支撑杆和后腿跳跃支撑杆，所述前腿跳跃 支撑杆和后腿跳跃支撑杆的前端分别与机体铰接； 所述前腿跳跃支撑杆和后腿跳跃支撑杆等长并平行设置，所述机体两侧的前腿跳 跃支撑杆和后腿跳跃支撑杆的后端通过一个平行四杆机构相互铰接； 所述机体两侧的前腿跳跃支撑杆的前端分别固连有过渡杆，机体两侧的过渡杆的 末端通过一个连杆相连，所述连杆与所述机体之间设有弹簧； 所述弹簧有一根，连接于所述连杆的中部；或，所述弹簧有两根，连接于所述连杆 的两端。 所述机体两侧的前腿跳跃支撑杆通过一转轴连接，所述转轴连接有间歇转动驱动装置。 所述的间歇转动驱动装置包括相互啮合的完整齿轮和缺齿齿轮，所述完整齿轮与
所述转轴固连，所述缺齿齿轮通过电机驱动。 所述电机的输出轴设有棘轮，所述棘轮与棘爪啮合。 所述电机为直流有刷电机。 所述转轴与所述前腿跳跃支撑杆的前端固连，并与机体铰接。 所述翻转装置包括设于所述机体一侧的翻转杆件，所述翻转杆件的一端与所述机 体铰接。 所述翻转杆件的一端与所述机体一侧的过渡杆的末端固连。 本发明的仿蝗虫弹跳翻转机器人能够平稳起跳，跳跃理想距离，同时能够在着陆 后机体可能出现翻转情况下能再次翻转，进而正面着地，实现连续跳跃、翻转、耗能低，能够实现自动控制，适用于复杂环境的仿蝗虫跳跃翻转机器人。 具体实施例中，包括弹跳装置和翻转装置，下面分别进行描述 弹跳装置 包括机体7，在机体7的两侧分别安装有前腿跳跃支撑杆1和后腿跳跃支撑杆2， 前腿跳跃支撑杆1和后腿跳跃支撑杆2的前端分别与机体7铰接。 前腿跳跃支撑杆1和后腿跳跃支撑杆2等长并平行设置，机体7的两侧共四根支 撑杆1、2的后端通过一个平行四杆机构5相互铰接，形成四杆弹跳机构。
机体7两侧的前腿跳跃支撑杆1的前端分别固连有过渡杆3，两侧的过渡杆3的末 端通过一个连杆相连，设一弹簧6，弹簧6 —端连接在该连杆的中点，另一端与机体7的前端 固连；也可以设置两根弹簧6，分别连接在该连杆的两端。 机体7两侧的前腿跳跃支撑杆1在机体7内通过一转轴8连接，转轴8可以设置 在前腿跳跃支撑杆1与机体7的铰接处，转轴8可以与该处的铰轴同心，或者直接将该处的 铰轴作为转轴8。 在机体7内设置有能量存储装置、能量释放装置、控制电路和电源等，采用大功率 小体积大减速比的直流有刷电机9驱动一个缺齿齿轮ll，缺齿齿轮11上固连一个棘轮13， 棘轮13与棘爪10配合限制运动的方向，保证电机9只往一个方向运动，这样可以保证电机 9不会因为弹簧6拉力产生回转。同时缺齿齿轮11与一个完整齿轮12相噬合，完整齿轮12 与在机体7内连接两侧前腿跳跃支撑杆1的转轴8固连，通过控制缺齿齿轮11的齿数实现 四杆弹跳机构(与完整齿轮固连)的运动角度的控制，进而实现弹跳机构的弹出和收回。
其跳跃过程是这样的电机控制缺齿齿轮11转动，再通过与缺齿齿轮11的有齿部 分啮合的完整齿轮12，使前腿跳跃支撑杆1和过渡杆3 —起做逆时针运动，进而弹簧6被拉 伸，实现能量存储；当电机继续转动，转到缺齿齿轮11缺齿部分与完整齿轮12啮合处，弹簧 6被松开，迅速收縮，带动支撑杆1、2作顺时针运动，平行四杆机构5快速向下触地，通过与 地面接触产生反作用力，实现整个机体的跳跃。
翻转装置 弹跳翻转机器人为了跨越障碍进行跳跃，在跳跃过程完成后，机器人可能发生翻 转，此翻转机构能起到将机器人重新翻转，使其正面着地的作用，从而增加了弹跳翻转机器 人的地面适应性。 翻转装置安装在机体外侧，包括翻转杆件4，翻转杆件4安装在机器人机体7的一 侧，当机器人发生翻转时，翻转杆件4的末端支撑地面，这样，机器人便有三点支撑着地，可 以通过电机转动带动翻转杆件4的转动，翻转杆件4末端的着地点在地面的位置不断改变， 机器人发生转动，机器人的重心不断发生改变，最后机器人依靠自身重力实现翻转。
具体翻转杆件4的一端可以与机体7 —侧的过渡杆3的末端固连。这样翻转杆件 4可以与弹跳装置的前腿跳跃支撑杆1共用一个转轴8，固定连接，通过电机9驱动，使弹跳 装置和翻转装置共用一个驱动电机，简化结构。 翻转杆件4和支撑杆1、2以及平行四杆机构5和过渡杆3及其连杆上可以分别或 单独打有减重孔，减轻重量，提高机器人的运动能力。 翻转装置从仿生学出发，模仿了蝗虫依靠其后腿支撑用力实现身体的旋转从而翻 转的过程，该设计结构简单，高效。
本发明中，弹跳翻转机器人通过电机带动翻转杆件转动实现翻转，对带动翻转杆
件转动的电机进行驱动优化，弹跳翻转机器人的机体采用四杆弹跳机构实现机器人的跳
跃，四杆弹跳机构使用间歇运动机构缺齿齿轮进行传动，通过使用大扭矩低转速的直流电
机带动一个缺齿齿轮，将其与另一个完整齿轮相噬合，然后用完整齿轮带动四杆弹跳机构
的传动轴进行转动，使四杆机构完成拉伸和释放弹簧进而实现跳跃运动； 同时，四杆弹跳机构和翻转杆件共用一个转动轴，两者固定连接，有一个自由度，
当机器人正面着地时，电机转动，使机器人转动实现弹跳功能。跳跃完成后，若机器人落地
时发生翻转，机器人反面着地，翻转杆件支撑地面，电机驱动翻转杆件转动，通过翻转杆件
改变机器人的位姿实现机器人的翻转功能。 —个具体实施例 前腿跳跃支撑杆1与机体铰接位置位于机体中间，且和后腿跳跃支撑杆2与机体 铰接位置距离4.7cm，两者连线与水平方向夹角为25。； 前腿跳跃支撑杆1长度为9cm，与后腿跳跃支撑杆2平行而且等长，与支撑杆1和 支撑杆2后端铰接的连杆长度也为4. 7cm ; 过渡杆3长度为3. 5cm，其末端的连杆中点和机体之间用一弹簧相连，弹簧刚度系 数8N/cm，原长5. 7cm。 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揭露的技术范围内，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。
权利要求
一种仿蝗虫弹跳翻转机器人，包括机体，其特征在于，所述机体上设有弹跳装置和翻转装置，所述弹跳装置包括在所述机体的两侧分别安装有前腿跳跃支撑杆和后腿跳跃支撑杆，所述前腿跳跃支撑杆和后腿跳跃支撑杆的前端分别与机体铰接；所述前腿跳跃支撑杆和后腿跳跃支撑杆等长并平行设置，所述机体两侧的前腿跳跃支撑杆和后腿跳跃支撑杆的后端通过一个平行四杆机构相互铰接；所述机体两侧的前腿跳跃支撑杆的前端分别固连有过渡杆，机体两侧的过渡杆的末端通过一个连杆相连，所述连杆与所述机体之间设有弹簧；所述机体两侧的前腿跳跃支撑杆通过一转轴连接，所述转轴连接有间歇转动驱动装置。
2. 根据权利要求1所述的仿蝗虫弹跳翻转机器人，其特征在于，所述的间歇转动驱动 装置包括相互啮合的完整齿轮和缺齿齿轮，所述完整齿轮与所述转轴固连，所述缺齿齿轮 通过电机驱动。
3. 根据权利要求2所述的仿蝗虫弹跳翻转机器人，其特征在于，所述电机的输出轴设 有棘轮，所述棘轮与棘爪啮合。
4. 根据权利要求3所述的仿蝗虫弹跳翻转机器人，其特征在于，所述电机为直流有刷 电机。
5. 根据权利要求1所述的仿蝗虫弹跳翻转机器人，其特征在于，所述弹簧有一根，连接 于所述连杆的中部；或，所述弹簧有两根，连接于所述连杆的两端。
6. 根据权利要求1所述的仿蝗虫弹跳翻转机器人，其特征在于，所述转轴与所述前腿 跳跃支撑杆的前端固连，并与机体铰接。
7. 根据权利要求1所述的仿蝗虫弹跳翻转机器人，其特征在于，所述翻转装置包括设 于所述机体一侧的翻转杆件，所述翻转杆件的一端与所述机体铰接。
8. 根据权利要求7所述的仿蝗虫弹跳翻转机器人，其特征在于，所述翻转杆件的一端 与所述机体一侧的过渡杆的末端固连。
全文摘要
本发明公开了一种仿蝗虫弹跳翻转机器人，机体的两侧分别安装有前腿跳跃支撑杆和后腿跳跃支撑杆，前腿跳跃支撑杆和后腿跳跃支撑杆等长并平行设置，其前端分别与机体铰接，后端通过一个平行四杆机构相互铰接；前腿跳跃支撑杆的前端固连有过渡杆并与机体之间设有弹簧；前腿跳跃支撑杆通过相互啮合的完整齿轮和缺齿齿轮驱动，间歇驱动前腿跳跃支撑杆转动，形成能量存储和释放，实现跳跃。机体一侧的过渡杆的末端固连有翻转杆件，形成翻转装置。能够平稳起跳，同时能够在着陆后机体可能出现翻转情况下能再次翻转，进而正面着地，实现连续跳跃、翻转、耗能低，能够实现自动控制，适用于复杂环境的仿蝗虫跳跃翻转机器人。
文档编号B62D57/032GK101716962SQ200910237689
公开日2010年6月2日 申请日期2009年11月16日 优先权日2009年11月16日
发明者沈奇, 王田苗, 郑万军, 陈殿生, 黄宇 申请人:北京航空航天大学