专利名称：一种单电机驱动可爬行的弹跳机器人的制作方法
技术领域：
本发明属于机器人技术领域，涉及机器人的爬行与弹跳设计，为一种单电机驱动可爬行的弹跳机器人。
背景技术：
移动机器人的发展所要解决的一个突出问题是运动地形适应能力的提升。轮式机器人和履带式机器人在遇到较自身尺寸大的障碍物或沟壑时往往不能顺利通过或者运动精度低。多自由度的步行和爬行机器人控制复杂、运动缓慢，遇到较大障碍物或沟壑时同样无能为力。而跳跃式机器人具有运动范围大、越障能力强和躲避危险快等特点，能够增强机器人的环境适应能力，克服地面崎岖和障碍物阻挡带来的困难。单纯的弹跳运动又不够灵活和节能。
发明内容
本发明要解决的问题是移动机器人对运动地形的适应能力需要提升，现有技术中的移动机器人存在不适用于大尺寸障碍物、运动精度低、控制复杂等问题，以及运动方式不够灵活和节能的问题。本发明的技术方案为一种单电机驱动可爬行的弹跳机器人，由机架、电源模块、传感装置、控制装置、驱动机构、弹跳机构和爬行机构组成，机架用于安装固定所述模块、装置和机构，电源模块为传感装置、控制装置和驱动机构供电，传感装置、控制装置、驱动装置依次连接；机架面向机器人前进方向的端面为前端面，相对的另一端为后端面；所述的弹跳机构包括弹跳齿轮、弹跳单向轴承、圆柱凸轮、滚轮、滑块、挡板、滑轮、滑块滑轮连接件、拉绳、并脚、一对扭力弹簧、扭簧轴、一对扭簧轴套、前端面轴承和后端面轴承，前端面轴承安装在机架的前端面上，后端面轴承安装在机架的后端面上，圆柱凸轮通过前端面轴承和后端面轴承与机架连接，圆柱凸轮上设有封闭的具有急回特性往复运动的螺旋线槽，升程的螺旋线螺距随着升程逐渐变小，回程的螺旋线直接穿过升程的螺旋线槽到达初始位置；弹跳单向轴承内圈过盈配合安装在圆柱凸轮靠近机架后端面的一端，弹跳齿轮过盈配合安装在弹跳单向轴承外圈上，弹跳齿轮与驱动机构中的电机齿轮啮合，挡板固定在机架底面上，挡板与机架底面之间形成滑动凹槽，滑块在机架和挡板之间的滑动凹槽中顺着机器人前后两个方向滑动；滚轮为横截面为椭圆形的立体柱子，安装在滑块上，滚轮下表面和滑块贴合，上表面与圆柱凸轮上的螺旋线槽的内表面贴合，其侧面与圆柱凸轮表面螺旋线槽的侧面相切，圆柱凸轮转动带动滚轮顺着螺旋线槽运动，从而带动滑块在滑动凹槽中沿机架的前后两个方向滑动；滑轮通过滑块滑轮连接件与滑块连接，拉绳一端固定在机架的后端面上，绕过滑轮后，另一端固定在并脚上；扭簧轴固定在机架的后端面的外侦牝一对扭簧轴套分别固定在扭簧轴的两端，一对扭力弹簧分别套在两个扭簧轴套上，扭力弹簧的一个力臂固定在机架的后端面上，另外一个力臂固定在并脚上；所述爬行机构包括爬行齿轮、爬行单向轴承、传动轴、前驱动杆、后驱动杆、一对圆盘凸轮、一对前腿、一对后腿、支腿连杆、一对扭簧，传动轴安装在机架的前后端面之间并左右居中，爬行单向轴承内圈过盈配合安装在传动轴靠近机架后端面一端，并与后端面内侧贴合，爬行齿轮过盈配合安装在爬行单向轴承外圈上，爬行齿轮与驱动机构中的电机齿轮啮合，驱动机构的直流电机通过电机齿轮和爬行齿轮带动传动轴转动，前驱动杆和后驱动杆套接固定在传动轴上，并随传动轴的转动而转动，前驱动杆和后驱动杆在圆周相位上呈相差90度十字交叉；所述前腿和后腿上各设有一个机架连接轴和一个传动连接轴，前腿和后腿的一端通过机架连接轴成对安装在机架左、右端面上，并可在竖直平面内以机架连接轴为轴心摆动，前腿和后腿的另一端触地，支持机器人站立；所述圆盘凸轮设有一个圆心孔和一个偏心孔，通过所述圆心孔分别套接固定在前腿的机架连接轴上，两个前腿随两个圆盘凸轮的转动而摆动，所述偏心孔套接在前腿的传动连接轴上；两个圆盘凸轮上分别设有一对凸块，所述一对凸块的位置分别对应前驱动杆和后驱动杆，前驱动杆和后驱动杆转动时拨动所述凸块，带动圆盘凸轮转动，且前驱动杆或后驱动杆拨动一个圆盘凸轮转动的同时，拨动另一个圆盘凸轮以相反方向转动；位于机架同一端面的前腿与后腿通过支腿连杆连接，支腿连杆的两端套接在传动连接轴上，构成销轴连接，支腿连杆与前腿的连接点在前腿与机架连接轴的下方，支腿连杆与后腿的连接点在后腿与机架连接轴的上方；所述一对扭簧分别套在一对前腿的连接轴上，扭簧的一个力臂安装在前腿上，另外一个力臂安装在机架上；所述驱动机构包括直流电机和电机齿轮，直流电机安装固定在机架内部，电机齿轮安装在直流电机输出轴上，电机齿轮分别与弹跳齿轮和爬行齿轮啮合，爬行齿轮过盈配合套接在爬行单向轴承的外圈，爬行单向轴承内圈过盈配合安装在传动轴上，弹跳齿轮过盈配合套接在弹跳单向轴承的外圈，弹跳单向轴承的内圈过盈配合安装在圆柱凸轮上，直流电机正转时带动弹跳齿轮转动，从而带动弹跳单向轴承内圈转动，弹跳单向轴承内圈与圆柱凸轮过盈配合连接，驱动弹跳机构实现弹跳运动，此时爬行单向轴承空转；相反，直流电机反转时带动爬行齿轮转动，驱动机器人实现爬行运动，而弹跳轴承空转；所述传感装置包括一个倾角传感器和两个红外传感器，倾角传感器安装在机架后端顶部，与机架上表面贴合，用于感知机器人机体的倾角，两个红外传感器安装在机架前部，一个红外传感的面向机器人的前进方向，用于感知机器人前进方向上是否有障碍物，一个红外传感的方向面向机架内侧的爬行机构，用于感知爬行机构中的前驱动杆和后驱动杆转动的角度位置。作为优选方式，爬行机构的传动轴中间部分为四方柱形，两端为圆柱形，前驱动杆和后驱动杆上设有方孔，通过所述方孔套接固定在传动轴中间四方柱形的部位上。控制装置安装在机架前端面的内侧，由无线通信单元、控制处理单元和存储单元组成，无线通信单元和存储单元分别连接控制处理单元，无线通信单元用于操作者远程发送控制命令和传感装置数据的远程传输，控制处理单元控制驱动机构的直流电机正反转，完成机器人的运动控制和传感装置数据采集和处理功能，存储单元用于存储传感装置数据和数据处理的中间数据。有益效果(I)本发明运用单向轴承的特性，实现使用一个电机的正反转，从而实现机器人的爬行和弹跳运动，结构简单，将爬行和弹跳结合增强了机器人的运动能力，根据地形环境优化能量利用，节省能量。(2)本发明使用动滑轮的特性，拉绳末端运动距离是滑轮运动距离的两倍，弹跳扭簧力臂运动的距离是滑块运动距离的两倍，使得机构更加紧凑，体积更小。(3)本发明设计的具有急回特性的圆柱凸轮能够实现弹跳运动能量的慢速储能和快速释放，从而实现弹跳运动。升程变螺距的设计方案相比于固定螺距的设计方案，可以降低对电机最大扭矩的要求，从而可以选择更小、更轻、扭矩更小、转速更快的电机，这可以使机器人跳的更高，爬行速度更快。(4)本发明设计的圆盘凸轮配合十字交叉的两个驱动杆，能够实现一个电机驱动四条腿的爬行运动，所设计使用的左腿扭簧和右腿扭簧既能够固定限制腿的自由摆动也能够提供一定的预紧力，在圆盘凸轮驱动前腿摆动时扭簧能够提供一定的地面蹬力。
图1是本发明实施例的机器人系统框图。图2是本发明实施例的机器人装配图前侧面图。图3是本发明实施例的机器人装配图后侧面图。图4是本发明实施例的机架结构示意图。图5是本发明实施例的驱动机构示意图。图6是本发明实施例的驱动机构与弹跳机构、爬行机构的内部连接结构原理示意图。图7是本发明实施例的弹跳机构示意图。图8是本发明实施例的弹跳机构示意图2。图9是本发明实施例的圆柱凸轮示意图。图10变螺距圆柱凸轮与恒定螺距圆柱凸轮特性比较示意图。图11是本发明实施例的驱动机构示意图1。图12是本发明实施例的驱动机构示意图2。图13是本发明实施例的驱动机构示意图3。图14是本发明实施例的前腿和后腿结构示意图。图15是本发明实施例的弹跳运动序列示意图。图16是本发明的爬行运动序列示意图。
具体实施例方式本发明设计使用单个电机驱动机器人实现四足的爬行和弹跳运动两种功能。电机正转时驱动本发明上的变螺距的圆柱凸轮驱动机器人实现弹跳运动，电机反转时驱动本发明上的圆盘凸轮驱动四个腿交替摆动实现爬行。本发明将爬行运动和弹跳运动相结合，能够增强机器人的运动能力，在表面较平坦的地形中进行爬行运动，而在地形崎岖或者有障碍物阻挡的环境中则采用弹跳步态，实现越障运动。下面结合附图和实施例，对本发明的工作原理和工作过程作进一步详细说明。实施例参照图1、图2、图3，一种可爬行的弹跳机器人由机架1、电源模块2、传感装置3、控制装置4、驱动机构5、弹跳机构6和爬行机构7组成。电源模块2为传感装置3、控制装置4和驱动机构5供电，传感装置3、控制装置4、驱动装置5依次连接，驱动装置分别驱动弹跳机构6和爬行机构7。参照图4，所述的机架I用于安装固定电源模块2、传感装置3、控制装置4、驱动机构5、弹跳机构6和爬行机构7。参照图1、图2、图3，所述的电源装置2是锂电池，固定在机架前端面，为驱动机构和控制装置提供能量；所述的传感装置3由倾角传感器3-1、红外传感器3-2和红外传感器3-3组成，倾角传感器安装在机架后端顶部，与机架上表面贴合，用于感知机器人机体的倾角，从而为运动提供反馈，红外传感器3-2安装在机架前部顶上面向前，用于感知机器人前方是否有障碍物，红外传感器3-3安装在机架前部顶面上面向机器人内侧，用于感知爬行机构中的前、后驱动杆转动的角度位置；所述的控制装置4安装在机架前端面的内侧，由无线通信单元、控制处理单元和存储单元组成，无线通信单元用于操作者远程发送控制命令和传感器数据的远程传输，控制处理单元控制电机正反转，完成机器人的运动控制和传感器数据采集和处理功能，存储单元用于存储传感器数据和数据处理的中间数据。参照图5，所述的驱动机构5由直流电机5-1、电机齿轮5-2、电机固定螺丝5_3和电机齿轮固定螺丝5-4组成，直流电机使用电机固定螺丝5-3安装在机架内部，电机齿轮使用螺丝5-4安装在具有槽结构的直流电机输出轴上。参照图6，电机齿轮5-2分别与弹跳齿轮6-1和爬行齿轮7-1之间是啮合关系，电机齿轮5-2安装在直流电机5-1输出轴上，爬行齿轮7-1过盈配合套接在爬行单向轴承7-2的外圈，7-2爬行单向轴承内圈过盈配合安装在传动轴7-3上，弹跳齿轮6-1过盈配合套接在弹跳单向轴承6-2的外圈，弹跳单向轴承6-2的内圈过盈配合安装在圆柱凸轮6-3上。直流电机5-1正转时可以带动弹跳齿轮6-1转动从而带动弹跳单向轴承内圈转动，弹跳单向轴承内圈与圆柱凸轮过盈配合连接，从而能驱动弹跳机构实现弹跳运动，而此时爬行单向轴承7-2属于空转，不能驱动传动轴7-3转动；相反，直流电机5-1反转时可以驱动机器人实现爬行运动，而弹跳轴承空转。参照图2、图3、图7、图8，图9，所述的弹跳机构6由弹跳齿轮6_1、弹跳单向轴承6-2、圆柱凸轮6-3、滚轮6-4、滑块6-5、挡板6_6、滑轮6_7、滑块滑轮连接件6_8、拉绳6_9、前拉绳轴6-10、后拉绳轴6-11、并脚6-12、左边扭力弹簧6-13、右边扭力弹簧6_14、扭簧轴
6-15、左边扭簧轴套6-16、右边扭簧轴套6-17、前端面轴承6-18、后端面轴承6-19和四个螺丝6-20、6-21、6-22、6-23组成。前端面轴承6_18安装在机架的前端面上，后端面轴承6_19安装在机架的后端面上，圆柱凸轮6-3通过所述两个轴承与机架连接，圆柱凸轮上有一个封闭的具有急回特性往复运动的螺旋线槽，升程的螺旋线具有螺距随着升程逐渐变小的特点，而回程的螺旋线直接穿过回程的螺旋线槽到达初始位置；弹跳单向轴承6-2安装在圆柱凸轮靠近机架后端面的一端，弹跳齿轮6-1安装在弹跳单向轴承上，弹跳齿轮6-1与驱动机构中的电机齿轮5-2哨合,挡板6-6通过四个螺丝固定在机架I底面上,滑块6-5可以在机架和挡板之间的槽中顺着机器人前后两个方向滑动，滚轮6-4是横截面为椭圆形的立体柱子，安装在滑块6-5上，其下表面和滑块贴合，而上表面则与圆柱凸轮6-3上的螺旋线槽的内表面贴合，其侧面与圆柱凸轮表面螺旋线槽的侧面相切，这样圆柱凸轮转动可以带动滚轮顺着槽运动，从而带动滑块在机架的前后两个方向滑动，滑轮6-7使用滑块滑轮连接件6-8与滑块链接，滑轮上的拉绳一段固定在机架的后端面上，一端固定在并脚6-12上，扭簧轴6-15固定在机架的后端面的外侧，两个扭簧轴套分别固定在扭簧轴的两端，两个扭力弹簧分别套在两个扭簧轴套上，它们的一个力臂固定在机架的后端面上，另外一个力臂固定在并脚6-12上，这样电机正转，通过齿轮传动，带动圆柱凸轮转动，而其带动滚轮在螺旋线槽的慢行程的槽内滑动，滚轮带动滑块向机架前端面方向运动，就能带动滑轮同时运动，而滑轮带着拉绳会同时将并脚拉动，从而压缩扭力弹簧，当滚轮运动过满行程与快行程得交接位置后，在扭力弹簧的巨大拉力下，快速完成快行程的运动，机体被弹射出去，从而实现弹跳运动。升程螺旋线的螺距随着升程逐渐变小可以使电机的功率被充分利用，这样所需要的电机的最大扭矩变小，从而可以选择扭矩更小而转速更快的电机，而回程的螺旋线直接穿过回程的螺旋线槽到达初始位置可以使得该弹跳机构具有很高的急回特性。图10是变螺距的圆柱凸轮的特性与恒定螺距的圆柱凸轮的性能比较分析的示意图，8代表的是扭力弹簧压缩的角度，压缩角度越到，需要电机的驱动力矩越大，9代表的是电机的驱动力矩或者是圆柱凸轮螺旋线的螺旋升角，10-1代表的是螺旋升角恒定，10-2代表螺旋升角恒定时的电机驱动力矩变化趋势，10-3代表螺旋升角有大到小的变螺距螺旋线，10-4代表变螺距螺旋线对应的所需的电机的驱动力矩变化趋势，10-4的最大值小于10-2的最大值。参照图2、图3、，图11、图12、图13、图14所述的爬行机构由爬行齿轮7_1、爬行单向轴承7-2、传动轴7-3、前驱动杆7-4、后驱动杆7-5、左边圆盘凸轮7-6、右边圆盘凸轮7-7、左前腿7-8、右前腿7-9、左后腿7-10、右后腿7_11、左支腿连杆7_12、右支腿连杆7-13、左腿扭簧7-14、右腿扭簧7-15、前驱动杆固定件7_16、后驱动杆固定件7_17组成。传动轴7-3安装在机架I的前后端面之间并居中，传动轴中间部分为四方柱形，两端为圆柱形，爬行单向轴承7-2安装在传动轴7-3靠近机架后端面一端，并与机架后端面内侧贴合，爬行齿轮7-1安装在爬行单向轴承7-2上，当直流电机5-1反转时能够带动传动轴7-3转动，前驱动杆7-4和后驱动杆7-5固定在传动轴上，如本实施例中，在前驱动杆和后驱动杆上设有方孔，通过所述方孔套接固定在传动轴中间四方轴的部位上，并分别被前驱动杆固定件7-16和后驱动杆固定件7-17固定在传动轴上，使得前驱动杆7-4和后驱动杆7-5随传动轴7-3转动，前驱动杆7-4和后驱动杆7-5在圆周的相位上相差90度，十字交叉。如图14所示，左前腿7-8、右前腿7-9、左后腿7-10以及右后腿7_11各设有一个机架连接轴和一个传动连接轴，左前腿7-8和右前腿7-9的机架连接轴位于传动连接轴下方，左后腿7-10和右后腿7-11的机架连接轴位于传动连接轴上方。左前腿7-8和右前腿7-9通过机架连接轴安装在机架左右端面上，通过机架连接轴以旋转方式安装，可以在竖直平面内摆动，左后腿7-10和右后腿7-11靠近顶端部位机架连接轴以旋转方式安装在机架左右端面上，所述前腿和后腿的另一端触地，支持机器人站立。左边圆盘凸轮7-6和右边圆盘凸轮7-7上面分别设有一个圆心孔和一个偏心孔，通过所述圆心孔分别套接固定在前腿的机架连接轴上，两个前腿随两个圆盘凸轮的转动而在竖直平面内摆动，所述偏心孔套接在前腿的传动连接轴上，其中，机架连接轴和传动连接轴也起到将圆盘凸轮与前腿固定的作用，左前腿7-8和左后腿7-10使用左支腿连杆7-12连接，右前腿7-9和右后腿7_11使用右支腿连杆7-13连接，腿与支腿连杆之间通过传动连接轴采用销轴连接的方式连接，支腿连杆与前腿连接的位置在前腿的机架连接轴的下方，而支腿连杆与后腿连接的位置在后腿的机架连接轴的上方，同一侧的前腿、支腿连杆和后腿构成联动结构，当前腿向前摆动时，带动支腿连杆向后压，使得后腿向后摆动，相反，前腿向后摆动时，后腿则向前摆动。两个圆盘凸轮上分别设有一对凸块，所述一对凸块的位置分别对应前驱动杆7-4和后驱动杆7-5，前驱动杆7-4和后驱动杆7-5转动时拨动所述凸块，带动圆盘凸轮转动，且前驱动杆或后驱动杆拨动一个圆盘凸轮转动时，拨动另一个圆盘凸轮以相反方向转动，传动轴7-3带动前驱动杆7-4和后驱动杆7-5在竖直平面内转动，前驱动杆7-4与两个圆盘凸轮接触和分开的过程中左前腿7-8向前迈出一步，同时左后腿7-10向后蹬地，右前腿7-9向后蹬地，右后腿7-11向前迈步，这样就实现了一步的运动，而当传动轴继续转动的时，后驱动杆7-5与两个圆盘凸轮接触和分开的过程中，左前腿7-8向后蹬地，左后腿7-10同时向前迈步，而右前腿7-9向前迈步，右后腿7-11向后蹬地，实现第二步运动，这样传动轴7-3转动一圈，机器人向前爬行两步。左腿扭簧7-14和右腿扭簧7-15分别套在左前腿7-8和右前腿7-9的转动轴上，其中一个力臂安装在腿上另外一个力臂安装在机架上，左腿扭簧7-14能保证左前腿7-8和左后腿7-10与机架I柔性连接而不会随意摆动，右腿扭簧7-15能保证右前腿7-9和右后腿7-11与机架I柔性连接而不会随意摆动，在前驱动杆7-4和后驱动杆7-5驱动左边圆盘凸轮7-6和右边圆盘凸轮7-7摆动，从而带动前腿摆动时，左腿扭簧7-14和右腿扭簧7-15会周期压缩和拉开，从而驱动机器人蹬地爬行。参照图15，所设计的可爬行弹跳机器人的弹跳过程序列图，直流电机正转，当滚轮经过圆柱凸轮的慢行程槽，进行储能后，当继续运动到达快速返回行程后，扭力弹簧中的能量释放，机器人蹬地起跳，从而实现跳跃运动功能。 参照图16，所设计的可爬行弹跳机器人的爬行过程序列图，直流电机反转，驱动四条腿摆动，左前腿与右后腿，右前腿和右后腿这两组腿交替向前迈步和向后蹬地，从而实现爬行功能。
权利要求
1.一种单电机驱动可爬行的弹跳机器人，其特征是由机架、电源模块、传感装置、控制装置、驱动机构、弹跳机构和爬行机构组成，机架用于安装固定所述模块、装置和机构，电源模块为传感装置、控制装置和驱动机构供电，传感装置、控制装置、驱动装置依次连接；机架面向机器人前进方向的端面为前端面，相对的另一端为后端面；所述的弹跳机构包括弹跳齿轮、弹跳单向轴承、圆柱凸轮、滚轮、滑块、挡板、滑轮、滑块滑轮连接件、拉绳、并脚、一对扭力弹簧、扭簧轴、一对扭簧轴套、前端面轴承和后端面轴承， 前端面轴承安装在机架的前端面上，后端面轴承安装在机架的后端面上，圆柱凸轮通过前端面轴承和后端面轴承与机架连接，圆柱凸轮上设有封闭的具有急回特性往复运动的螺旋线槽，升程的螺旋线螺距随着升程逐渐变小，回程的螺旋线直接穿过升程的螺旋线槽到达初始位置；弹跳单向轴承内圈过盈配合安装在圆柱凸轮靠近机架后端面的一端，弹跳齿轮过盈配合安装在弹跳单向轴承外圈上，弹跳齿轮与驱动机构中的电机齿轮啮合，挡板固定在机架底面上，挡板与机架底面之间形成滑动凹槽，滑块在机架和挡板之间的滑动凹槽中顺着机器人前后两个方向滑动；滚轮为横截面为椭圆形的立体柱子，安装在滑块上，滚轮下表面和滑块贴合，上表面与圆柱凸轮上的螺旋线槽的内表面贴合，其侧面与圆柱凸轮表面螺旋线槽的侧面相切，圆柱凸轮转动带动滚轮顺着螺旋线槽运动，从而带动滑块在滑动凹槽中沿机架的前后两个方向滑动；滑轮通过滑块滑轮连接件与滑块连接，拉绳一端固定在机架的后端面上，绕过滑轮后，另一端固定在并脚上；扭簧轴固定在机架的后端面的外侧， 一对扭簧轴套分别固定在扭簧轴的两端，一对扭力弹簧分别套在两个扭簧轴套上，扭力弹簧的一个力臂固定在机架的后端面上，另外一个力臂固定在并脚上；所述爬行机构包括爬行齿轮、爬行单向轴承、传动轴、前驱动杆、后驱动杆、一对圆盘凸轮、一对前腿、一对后腿、支腿连杆、一对扭簧，传动轴安装在机架的前后端面之间并左右居中，爬行单向轴承内圈过盈配合安装在传动轴靠近机架后端面一端，并与后端面内侧贴合， 爬行齿轮过盈配合安装在爬行单向轴承外圈上，爬行齿轮与驱动机构中的电机齿轮啮合， 驱动机构的直流电机通过电机齿轮和爬行齿轮带动传动轴转动，前驱动杆和后驱动杆套接固定在传动轴上，并随传动轴的转动而转动，前驱动杆和后驱动杆在圆周相位上呈相差90 度十字交叉；所述前腿和后腿上各设有一个机架连接轴和一个传动连接轴，前腿和后腿的一端通过机架连接轴成对安装在机架左、右端面上，并可在竖直平面内以机架连接轴为轴心摆动，前腿和后腿的另一端触地，支持机器人站立；所述圆盘凸轮设有一个圆心孔和一个偏心孔，通过所述圆心孔分别套接固定在前腿的机架连接轴上，两个前腿随两个圆盘凸轮的转动而摆动，所述偏心孔套接在前腿的传动连接轴上；两个圆盘凸轮上分别设有一对凸块，所述一对凸块的位置分别对应前驱动杆和后驱动杆，前驱动杆和后驱动杆转动时拨动所述凸块，带动圆盘凸轮转动，且前驱动杆或后驱动杆拨动一个圆盘凸轮转动的同时，拨动另一个圆盘凸轮以相反方向转动；位于机架同一端面的前腿与后腿通过支腿连杆连接， 支腿连杆的两端套接在传动连接轴上，构成销轴连接，支腿连杆与前腿的连接点在前腿与机架连接轴的下方，支腿连杆与后腿的连接点在后腿与机架连接轴的上方；所述一对扭簧分别套在一对前腿的连接轴上，扭簧的一个力臂安装在前腿上，另外一个力臂安装在机架上；所述驱动机构包括直流电机和电机齿轮，直流电机安装固定在机架内部，电机齿轮安装在直流电机输出轴上，电机齿轮分别与弹跳齿轮和爬行齿轮啮合，爬行齿轮过盈配合套接在爬行单向轴承的外圈，爬行单向轴承内圈过盈配合安装在传动轴上，弹跳齿轮过盈配合套接在弹跳单向轴承的外圈，弹跳单向轴承的内圈过盈配合安装在圆柱凸轮上，直流电机正转时带动弹跳齿轮转动，从而带动弹跳单向轴承内圈转动，弹跳单向轴承内圈与圆柱凸轮过盈配合连接，驱动弹跳机构实现弹跳运动，此时爬行单向轴承空转；相反，直流电机反转时带动爬行齿轮转动，驱动机器人实现爬行运动，而弹跳轴承空转；所述传感装置包括一个倾角传感器和两个红外传感器，倾角传感器安装在机架后端顶部，与机架上表面贴合，用于感知机器人机体的倾角，两个红外传感器安装在机架前部，一个红外传感的面向机器人的前进方向，用于感知机器人前进方向上是否有障碍物，一个红外传感的方向面向机架内侧的爬行机构，用于感知爬行机构中的前驱动杆和后驱动杆转动的角度位置。
2.根据权利要求1所述的一种单电机驱动可爬行的弹跳机器人，其特征是爬行机构的传动轴中间部分为四方柱形，两端为圆柱形，前驱动杆和后驱动杆上设有方孔，通过所述方孔套接固定在传动轴中间四方柱形的部位上。
3.根据权利要求1或2所述的一种单电机驱动可爬行的弹跳机器人，其特征是控制装置安装在机架前端面的内侧，由无线通信单元、控制处理单元和存储单元组成，无线通信单元和存储单元分别连接控制处理单元，无线通信单元用于操作者远程发送控制命令和传感装置数据的远程传输，控制处理单元控制驱动机构的直流电机正反转，完成机器人的运动控制和传感装置数据采集和处理功能，存储单元用于存储传感装置数据和数据处理的中间数据。
全文摘要
一种单电机驱动可爬行的弹跳机器人，由机架、电源模块、传感装置、控制装置、驱动机构、弹跳机构和爬行机构组成，机架用于安装其它机构和装置；电源装置为驱动机构和控制装置提供能量；传感装置用于感知机器人的姿态、前方是否有障碍物以及驱动杆转动的角度位置；控制装置完成机器人的控制、数据远程传输、传感器数据采集保存；驱动机构使用一个电机的正反转驱动机器人完成爬行和弹跳运动；弹跳机构设计了一种具有急回特性的圆柱凸轮能够实现弹跳运动能量的慢速储能和快速释放，从而实现弹跳运动；爬行机构设计了一种圆盘凸轮配合十字交叉的两个驱动杆，能够实现一个电机驱动四条腿的摆动而实现爬行运动。
文档编号B62D57/02GK103010327SQ20121056248
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月21日 优先权日2012年12月21日
发明者张军, 宋光明, 李玉亚, 乔贵方, 宋爱国 申请人:东南大学