专利名称：仿生机器人连续跳跃运动机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种仿生机器人运动机构，具体地说，是一种仿生机器人连续跳跃运 动机构。
背景技术：
跳跃运动是生物运动的常见形式。近年来，对跳跃运动的研究越来越多，并己发展 到了机器人领域，研制出了跳跃机器人。跳跃机器人是一种典型的仿生机器人，对这种机器 人进行研究的最初方法是模仿青蛙、草锰、袋鼠、蚂蚱等动物的骨骼机构和运动方法。现有涉及仿生跳跃机器人中，最早的跳跃式机器人为Marc Raibert于1980年在 麻省理工学院机器人实验室研制的单腿连续性跳跃式机器人，机器人的运动被限制在1个 平面内，腿部装有气缸，作用相当于弹簧，因此它在地面上的运动类似于1个带弹簧的倒 立摆，解决了单足跳跃机器人起跳姿态控制和落地时足部定位算法问题。Minnesota大学 研制了一种可以跃上楼梯的微小型机器人，机器人外形为一圆柱体，直径为40mm，长度为 115mm，重200g。该机器人属于间歇性跳跃式机器人，平坦地形下采用两轮前行，遇到楼梯， 可以释放弹性腿实现跳跃，跳跃高度达到35cm。美国国家航空宇航局(NASA)下属的喷气 推进实验室的第二代跳跃式机器人的蓄能装置采用六连杆构造，把水平方向弹簧线形伸缩 转化成机体方向的非线形拉伸和压缩。六连杆蓄能机构可以有效预防机器人提前起跳，同 时提高系统的能量利用率。日本东京大学的Kenken机器人模仿了狗类腿部腱的工作原理。 该机器人在地面接触阶段可以积蓄能量，在跳跃触地时可以吸收能量。该跳跃模型是用腿 部弹簧来模拟腿的作用，弹簧位于大腿和小腿后跟之间并平行于中腿，这样的安装位置使 机器人在跳跃触地时，弹簧可以吸收地面对腿部的冲击，并把动能积蓄成势能储存起来用 于下次跳跃；腾空阶段，有利于腿部的被动的收缩和张开。在国内，西北工业大学和哈尔滨工业大学近年来也开展了跳跃机器人的相关研 究，前者主要从事仿袋鼠跳跃机理研究，后者主要从事仿蝗虫跳跃机理研究。现都处于基础 研究阶段，还没有取得实质性的成果。现有技术中，连续跳跃运动机构都比较复杂，平衡性比较差而且不稳定，起跳效率不高。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提出一种仿生机器人连续跳跃运动 机构，内部结构简单易行，空间利用率大。为达到上述的目的，本发明的构思是通过周期地改变机构中的可动机构的重心 位置，使弹簧周期地储存和释放弹性势能，与此同时势能与动能发生相互转化，并利用惯性 使机构实现连续跳跃。根据上述发明构思，本发明通过以下技术方案实现的一种仿生机器人连续跳跃 运动机构，包括一个机体，其特征在于所述的机体上安装了 一个内齿轮条和固定轴。在所述3的内齿轮条与不完全齿齿轮啮合，不完全齿齿轮安装在电机的轴上，电机固定在电机支板 上，电机支板通过嵌入其中的滚动轴承安装在固定轴上。所述的固定轴通过弹性挡圈将滚 动轴承固定在其上，扭转弹簧套在轴上，一端固定在电机支板上，另一端固定在机体上，固 定轴通过螺母紧固在机体上。所述的不完全齿齿轮有1/4圆弧为光滑圆弧，没有齿；可以实现与内齿轮条进行 间歇传动。所述的电机支板有两个沉头孔，一个T型销钉以及上下各一个通孔，电机的轴穿 过上通孔通过沉头孔固定在电机支板。扭转弹簧一端固定在电机支板的T型销钉上。电机 支板通过嵌入下通孔的滚动轴承与固定轴连接。所述的扭转弹簧的一端与电机支板上的T型销钉固定，另一端与机体上的T型销 钉固定。本发明工作原理电机驱动不完全齿齿轮顺时针旋转，不完全齿齿轮的首齿开始与内 齿条啮合，由于受到内齿条的啮合齿的几何约束，整个可动机构(电机、电机支板、不完全齿 齿轮)绕固定轴逆时针旋转，压缩扭转弹簧，整个可动机构重心逐渐下降，使弹簧不断储存 弹性势能。当电机驱动不完全齿齿轮转过3/4圈时，不完全齿齿轮的末齿与内齿条啮合，此 时可动机构重心下降到最低点，扭转弹簧储存的弹性势能达到最大值。随着电机的旋转，齿 轮的末齿与内齿条脱离啮合，此后一段时间(电机旋转1/4圈的时间)，不完全齿齿轮不受内 齿条的约束，此时扭转弹簧突然释放弹性势能，驱动可动机构绕固定轴顺时针旋转，整个可 动机构重心急速上升；根据达朗贝尔原理，这时整个机构除了受到一个向下的重力G=MXg 夕卜，还受到一个向上的虚拟的惯性力F=HiXal作用(其中M为整个机构的质量，g为重力加 速度，m为可动机构的质量，al为可动机构的加速度)。由于扭转弹簧是突然释放弹性势能， 可动机构的加速度al会很大。如果F > G,则整个机构就会脱离地面，实现弹跳动作。此 时整个机构的向上加速度为a2=(F-G)/M。由于机构的重心位置偏置，不在四个支撑点所 形成支撑面积的形心处，四个支撑点受力不同，机构在弹跳过程中，由于惯性还会有水平方 向的位移。在不完全齿齿轮转到首齿时，又与内齿轮条进行啮合，进入下一个循环动作。此 运动机构结构简单，可以实现连续跳跃运动。与现有技术相比，本发明具有如下显著优点此运动机构结构简单，跳跃效率高， 空间利用率大，便于安装便捷式电源与传感器等其他辅助装置。
图1是本发明结构主视图。图2是图1的右视图。图3是图1的俯视图。图4是图1示例的轴的主视图。图5是图1示例的电机支板的主视图和右视图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的一个优选实施例作详细说明本实施例在以本发明技术 方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。
如图1、图2、图3所示，仿生机器人连续跳跃运动机构，包括一个机体1，其特征在 于所述的机体上安装了一个内齿轮条2和固定轴6。在所述的内齿轮条2与不完全齿齿轮 3啮合，不完全齿齿轮3安装在电机8的轴上，电机8固定在电机支板4上，电机支板4通过 嵌入其中的滚动轴承5安装在固定轴6上。所述的固定轴6通过弹性挡圈7将滚动轴承5 固定在其上，扭转弹簧9套在固定轴6上，一端固定在电机支板4上，另一端固定在机体上， 固定轴6通过螺母10紧固在机体上。所述的不完全齿齿轮3有1/4圆弧为光滑圆弧，没有齿；可以实现与内齿轮条2进 行间歇传动。所述的扭转弹簧9套在固定轴6上，一端与电机支板4上的T型销钉固定，另一端 与机体1上的T型销钉固定。如图4所示，所述的固定轴6，两头车有螺纹，通过螺母10固定与本体1上。轴肩 左侧安装将滚动轴承5，通过弹性挡圈7将其固定在固定轴6上，扭转弹簧9装在轴肩右侧。如图5所示，所述的电机支板4有两个沉头孔，一个T型销钉以及上下各一个通 孔，电机8的轴穿过上通孔通过沉头孔固定在电机支板4上。扭转弹簧9 一端固定在电机 支板4的T型销钉上。电机支板4通过嵌入下通孔的滚动轴承5与固定轴6连接。
权利要求
1.仿生机器人连续跳跃运动机构，包括一个机体(1)，其特征在于所述机体上安装了 一个内齿轮条(2)和固定轴(6)；在所述的内齿轮条(2)与不完全齿齿轮(3)啮合，不完全 齿齿轮(3)安装在电机(8)的轴上，电机(8)固定在电机支板(4)上，电机支板(4)通过嵌 入其中的滚动轴承(5 )安装在轴(6 )上；所述的轴(6 )通过弹性挡圈(7 )将滚动轴承(5 )固 定在其上，扭转弹簧(9)套在轴(6)上，一端固定在电机支板(4)上，另一端固定在机体上， 轴(6 )通过螺母(10 )紧固在机体上。
2.根据权利要求1所述的仿生机器人连续跳跃运动机构，其特征在于所述的不完全齿 齿轮(3)有1/4圆弧为光滑圆弧，没有齿；可以实现与内齿轮条(2)进行间歇传动。
3.根据权利要求1所述的仿生机器人连续跳跃运动机构，其特征在于所述的电机支板 (4)有两个沉头孔，一个T型销钉以及上下各一个通孔，所述的电机(8)的轴穿过上通孔通 过沉头孔固定在电机支板(4);所述的扭转弹簧(9) 一端固定在电机支板(4)的T型销钉 上；电机支板(4 )通过嵌入下通孔的滚动轴承(5 )与固定轴(6 )连接。
4.根据权利要求3所述的仿生机器人连续跳跃运动机构，其特征在于所述的扭转弹簧 (9)的一端与电机支板(4)上的T型销钉固定，另一端与机体(1 )上的T型销钉固定。
全文摘要
本发明公开了一种仿生机器人连续跳跃运动机构。它包括一个机体，所述机体上安装了一个内齿轮条和固定轴。在所述的内齿轮条与不完全齿齿轮啮合，不完全齿齿轮安装在电机的轴上，电机固定在电机支板上，电机支板通过嵌入其中的滚动轴承安装在轴上。所述的轴通过弹性挡圈将滚动轴承固定在其上，扭转弹簧套在轴上，一端固定在电机支板上，另一端固定在机体上，轴通过螺母紧固在机体上。本运动机构结构简单，可以实现连续跳跃运动。
文档编号B62D57/02GK102050164SQ20101054169
公开日2011年5月11日 申请日期2010年11月12日 优先权日2010年11月12日
发明者柯显信, 陈玉亮 申请人:上海大学