一种摩托化变档齿轮五杆机构的负重跳跃装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种摩托化变档齿轮五杆机构的负重跳跃装置。由驱动机构，操控机构，传动机构，跳跃机构组成。操控机构操控跳跃机构运动；驱动机构以发动机作为动力源提供动力；传动机构采用齿轮五杆机构，为跳跃机构提供周期性以及爆发性的速度和能量。其中在齿轮五杆机构中固定安装有弹簧，实现启动前期的储能以及落地时的能量释放。为保证跳跃时在空中的平衡和落地平稳，跳跃机构采用双脚骨架和安装在前部的弧形橡胶垫同步运动，橡胶垫作为脚掌用于缓冲吸振。跳跃装置机动性好，具有较强适应复杂崎岖地形的能力；运动灵活性大,可实现连续跳跃作业，为复杂环境提供运输能力；也可作为一种新型的极限运动装备。
【专利说明】一种摩托化变档齿轮五杆机构的负重跳跃装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种负重跳跃装置，具体地说，涉及一种摩托化变档齿轮五杆机构的 负重跳跃装置。
【背景技术】
[0002] 随着地质勘测、森林防护、抢险救灾等工作的加强，甚至对极限运动要求的提高， 现有的载人载物机动装备还不足以完全满足需求。所以目前市场依旧需要有合适的载人载 物机动装备能够适应非结构化的、未知的工作环境完成各种复杂的、高难度的，甚至有危险 性的行进任务。科研人员在仔细研究了某些动物身躯系统的结构、运动方式和控制方式之 后，精巧地设计出了各种仿生机器人，模仿动物的某些特点与本能来完成一些特殊动作和 任务。
[0003] 跳跃机械的本体部分为弹跳机构。弹跳机构可大致分为利用弹性力、惯性力、气动 力、内燃动力等动力弹跳的弹跳机构。弹跳机器人又可按其弹跳运动机理的不同分为一般 弹跳式和仿生跳跃式两大类。
[0004] 仿生跳跃式是从自然界动物的跳跃动作中获得启发，模仿动物的肢体运动结构或 按动物跳跃运动机理研制的机器。如机器蟋蟀、机器袋鼠、机器马等。它们的特点是自由度 多，运动灵活，对环境的适应能力强，但其跳跃运动需要多关节协同工作，实现稳定运动难 度较大。目前除美国和日本外，也有其它国家的研究机构在进行相关内容的研究，但研究目 的与方式有所不同。美国的弹跳研究机构研究目的主要是为太空探索和军事应用服务，而 日本则偏重于机器宠物和机器玩具。
[0005] 在弹跳机器人研究方面，美国凯斯西储大学研制出一种用充气人工肌肉实现弹跳 运动的机器蟋蟀；国家航空宇航局喷气动力实验室与加利福尼亚技术学院联合研制出一种 蛙形弹跳机，以解决星际探索中星球表面越障的难题。麻省理工学院和日本东京工业大学 分别在研究一种气动控制的仿袋鼠和仿狗的单腿跳跃机器模型。波士顿动力公司为美国陆 军研制的机器狗就是这个领域的代表。
[0006] 国内外现有公开的文献中，载人载物设备基本上都是适用于一般的路况路面情 况。如专利CN2263614 "一种多功能载物车"，是一种轮式手推车并用于载物的装置；专利 CN2268663"一种履带式载物车"，是一种履带式结构，适用于不同形式的阶梯。现有载物装 备均只适用于一般路面，在无路面情况下，如沙地、丘陵山地、沼泽地等地区，载物装备略显 不足。依据仿生学中对袋鼠身体的研究，发现跳跃机器对地面适应能力较强，跳跃机器不 需要连续的平坦的路面，只要有合适的落脚点，即可轻松行进；对于有阶梯障碍、沟堑、地面 松软的情况下，也能够连续工作；跳跃机器利用本身的储能机构能有效地提高能量利用率。
【发明内容】
[0007] 为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种摩托化变档齿轮五杆机构的负 重跳跃装置。跳跃装置具有较强适应复杂崎岖地形的能力；运动灵活性大，耗能低，且有主 动隔震作用。
[0008] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括操控机构、驱动机构、传动机 构、跳跃机构，所述操控机构包括车把、仪表盘、车座、后座、龙头架、车架、排气管，车把和仪 表盘安装在龙头架上，位于车座前部，龙头架、车座及后座由车架和排气管支撑；
[0009] 所述驱动机构包括油箱，化油器，电瓶，发动机，油箱固定在车座下方，发动机安装 在车体前部，化油器、电瓶固定在油箱与发动机之间；
[0010] 所述传动机构包括大链轮、小链轮、链条、曲柄、连杆、齿条、大齿轮、小齿轮、前轴、 后轴、扇形齿轮，前轴与后轴通过连接架平行安装，小链轮固定在发动机输出轴上，大链轮 安装在曲柄轴上，小链轮与大链轮通过链条传动，曲柄连接在曲柄轴另一端，曲柄与连杆 一端铰接，连杆的另一端与齿条固连，大齿轮固定在前轴的中间部位，两个小齿轮位于大齿 轮的两侧同轴安装，两个小齿轮与安装在后轴上的两个扇形齿轮啮合，齿条与大齿轮啮 合，大齿轮带动前轴转动，并驱动小齿轮与扇形齿轮啮合转动，扇形齿轮带动后轴转动，实 现传动机构的动力传动；
[0011] 所述跳跃机构为两个结构相同的部件，对称安装在传动机构的两侧，跳跃机构由 前大腿架、小腿架、后大腿架、连接杆、脚骨架、橡胶垫、弹簧组成；前大腿架与前轴一端固 连，前大腿架另一端与小腿架一端铰接，后大腿架与后轴一端固连，后大腿架另一端与连 接杆一端铰接，小腿架的另一端与连接杆的另一端铰接，且与脚骨架一端固连，橡胶垫与 脚骨架另一端通过螺栓安装，弹簧的两端分别固连在前大腿架与小腿架的铰接点处和后大 腿架与连接杆的铰接点处，用于蓄能、释放。
[0012] 橡胶垫为弧形结构，作为脚掌用于缓冲吸振。
[0013] 有益效果
[0014] 本发明提出的一种摩托化变档齿轮五杆机构的负重跳跃装置。由驱动机构，操控 机构，传动机构，跳跃机构组成；操控机构控制跳跃机构运动；驱动机构以发动机作为动力 源提供动力；传动机构采用齿轮五杆机构，为跳跃机构提供周期性以及爆发性的速度和能 量。其中，在齿轮五杆机构中加入弹簧，实现启动前期的储能以及落地时的能量吸收。跳跃 装置机动性好，具有较强适应复杂崎岖地形的能力。由于轮式或履带式机器人运动的立足 点必须是连续的，它必须面临最坏地形上的几乎所有点。而足式机器人运动的立足点则是 离散的，可在到达的地面上选择最优支撑点，对复杂地形的适应性较强，可通过松软地面以 及跨越较大障碍，而且对环境的破坏程度也很小。
[0015] 跳跃装置运动灵活性大，有主动隔震作用。足式机器人有多个自由度，允许身体与 足的运动轨迹解耦，所以，即使地面高低不平，但其身体的运动仍可十分平稳。
[0016] 跳跃装置在不平的地面上前进的速度也较快，如轮式车为5?8km/h，履带车为 8?16km/h，而足式装置可高达56km/h。
[0017] 本发明跳跃装置适应力强，可实现连续跳跃，并且适应不同路面作业，为复杂环境 提供运输能力；也可作为一种新型的极限运动装备。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 下面结合附图和实施方式对本发明一种摩托化变档齿轮五杆机构的负重跳跃装 置作进一步详细说明。
[0019] 图1为本发明摩托化变档齿轮五杆机构的负重跳跃装置示意图。
[0020] 图2为本发明负重跳跃装置结构主视图。
[0021] 图3为本发明负重跳跃装置的传动机构示意图。
[0022] 图4为本发明负重跳跃装置的跳跃机构示意图。
[0023] 图5为本发明负重跳跃装置储能起跳状态示意图。
[0024] 图6为本发明负重跳跃装置的腾跃状态示意图。
[0025] 图7为本发明负重跳跃装置的着地状态示意图。
[0026] 图中：
[0027] 1.车把2.仪表盘3.化油器4.电瓶5.车座6.后座7.后大腿架8.连接杆9.脚 骨架10.橡胶垫11.小腿架12.前大腿架13.发动机14.车架15.排气管16.龙头架 17.油箱18.弹簧19.大链轮20.链条21.小链轮22.齿条23.曲柄24.连杆25.大齿轮 26.小齿轮27.前轴28.后轴29.扇形齿轮
【具体实施方式】
[0028] 本实施例是一种摩托化变档齿轮五杆机构的负重跳跃装置。
[0029] 参阅图1?图4,本实施例负重跳跃装置由操控机构、驱动机构、传动机构、跳跃机 构组成，操控机构由车把1、仪表盘2、车座5、后座6、排气管15、龙头架16、车架14组成，车 把和仪表盘安装在龙头架上位于车座前部，车把1通过螺栓安装在龙头架16上，车把1之 间安装有仪表盘2。龙头架、车座及后座由车架14和排气管15支撑。
[0030] 驱动机构由油箱17、化油器3、电瓶4、发动机13组成，发动机13提供动力，发动机 13固定在车体前部通过螺栓与车架14安装，发动机13前面安装有排气管15,用于减震降 噪，排气管15的另一端延伸至后座6。油箱17固定安装在车座5下面，化油器3、电瓶4固 定安装在油箱17与发动机13之间。
[0031] 本实施例的传动机构包括大链轮19、小链轮21、链条20、曲柄23、连杆24、齿条 22、大齿轮25、小齿轮26、前轴27、后轴28、扇形齿轮29,前轴27与后轴28通过连接架平 行安装，小链轮21固定在发动机13输出轴上，作为动力的输入端，大链轮19安装在曲柄轴 上，小链轮21与大链轮19通过链条20传动，曲柄23连接在曲柄轴另一端，曲柄23与连 杆24 -端铰接，连杆24的另一端与齿条22固定连接，大齿轮25固定安装在前轴27的中 间部位，两个小齿轮26固定在大齿轮25的两侧，且同轴对称安装，两个小齿轮26与安装在 后轴28上的两个扇形齿轮29啮合，齿条22与大齿轮25啮合，大齿轮25带动前轴27转 动，并驱动小齿轮26与扇形齿轮29啮合转动，扇形齿轮29带动后轴28转动，实现传动机 构的动力传动。
[0032] 本实施例中跳跃机构为两个，两个结构相同的跳跃机构对称安装在传动机构的 两侧；跳跃机构由前大腿架12、小腿架11、后大腿架7、连接杆8、脚骨架9、橡胶垫10、弹簧 18组成；前大腿架12、后大腿架7及连接杆8均为薄板状杆件，薄板状杆件上均匀分布有减 重圆孔，杆件两端边缘以直杆宽度为直径的半圆弧形，前大腿架12与后大腿架7宽度依杆 件长度递减，连接杆8为等宽度杆。小腿架11两端为带安装孔的薄板，中间为圆柱杆。前大 腿架12 -端通过螺栓与前轴27 -端固连，通过接收前轴27的动力，使前大腿架12转动， 前大腿架12另一端与小腿架11 一端铰接，后大腿架7与后轴28 -端固连，后大腿架7另 一端与连接杆8 -端铰接，小腿架11的另一端与连接杆8的另一端铰接，而且与脚骨架9 一端固定连接，橡胶垫10与脚骨架9通过螺栓安装。弹簧18的两端分别固连在前大腿架 12与小腿架11的铰接点处和后大腿架7与连接杆8的铰接点处，用于蓄能、释放。跳跃机 构中各零件的安装连接方式形成了闭环的齿轮五杆机构。为保证跳跃时在空中的平衡和落 地平稳，跳跃机构采用双脚骨架9同步运动，安装在双脚骨架9前部的橡胶垫10为弧形结 构，作为脚掌用于缓冲吸振。
[0033] 如图5所示，跳跃装置在储能起跳状态时，大链轮19接受来自发动机13的动力， 逆时针旋转，从而带动曲柄23转动，使齿条22向前移动。此时，大齿轮25逆时针旋转，带 动前轴27逆时针旋转与扇形齿轮29的顺时针转动。前轴27转动对前大腿架12产生一个 逆时针的力矩，使得其逆时针转动，前大腿架12与小腿架11之间的夹角减小。扇形齿轮29 顺时针转动，使后轴28顺时针转动，对后大腿架7产生一个顺时针力矩，使后大腿架7顺时 针转动，后大腿架7与连接杆8之间的夹角减小。此时，弹簧18处于拉伸状态，实现了蓄能 过程，为起跳提供能量。橡胶垫10处于与地面接触状态。
[0034] 如图6所示，跳跃装置在腾跃状态时，弹簧18释放能量并处于压缩状态，前大腿 架12与小腿架11的夹角和后大腿架7与连接杆8的夹角均增大。同时，脚骨架9与橡胶 垫10脱离地面，跳跃装置腾空。跳跃装置腾空过程中，通过操纵人员控制的摆动实现整个 装置重心的调整。
[0035] 如图7所示，跳跃装置在着地状态时，脚骨架9与橡胶垫10与地面接触，脚骨架9 与连接杆8、小腿架11之间发生相对转动，使得前大腿架12与小腿架11之间的夹角和后大 腿架7与连接杆8之间的夹角逐渐减小；同时，弹簧18逐渐拉伸，整个装置停落在地面上， 并进入下一个跳跃过程。
【权利要求】
1. 一种摩托化变档齿轮五杆机构的负重跳跃装置，其特征在于：包括操控机构、驱动 机构、传动机构、跳跃机构，所述操控机构包括车把、仪表盘、车座、后座、龙头架、车架、排气 管，车把和仪表盘安装在龙头架上，位于车座前部，龙头架、车座及后座由车架和排气管支 撑； 所述驱动机构包括油箱，化油器，电瓶，发动机，油箱固定在车座下方，发动机安装在车 体前部，化油器、电瓶固定在油箱与发动机之间； 所述传动机构包括大链轮、小链轮、链条、曲柄、连杆、齿条、大齿轮、小齿轮、前轴、后 轴、扇形齿轮，前轴与后轴通过连接架平行安装，小链轮固定在发动机输出轴上，大链轮安 装在曲柄轴上，小链轮与大链轮通过链条传动，曲柄连接在曲柄轴另一端，曲柄与连杆一 端铰接，连杆的另一端与齿条固连，大齿轮固定在前轴的中间部位，两个小齿轮位于大齿轮 的两侧同轴安装，两个小齿轮与安装在后轴上的两个扇形齿轮啮合，齿条与大齿轮啮合， 大齿轮带动前轴转动，并驱动小齿轮与扇形齿轮啮合转动，扇形齿轮带动后轴转动，实现传 动机构的动力传动； 所述跳跃机构为两个结构相同的部件，对称安装在传动机构的两侧，跳跃机构由前大 腿架、小腿架、后大腿架、连接杆、脚骨架、橡胶垫、弹簧组成；前大腿架与前轴一端固连，前 大腿架另一端与小腿架一端铰接，后大腿架与后轴一端固连，后大腿架另一端与连接杆一 端铰接，小腿架的另一端与连接杆的另一端铰接，且与脚骨架一端固连，橡胶垫与脚骨架 另一端通过螺栓安装，弹簧的两端分别固连在前大腿架与小腿架的铰接点处和后大腿架与 连接杆的铰接点处，用于蓄能、释放。
2. 根具权利要求1所述的摩托化变档齿轮五杆机构的负重跳跃装置，其特征在于：橡 胶垫为弧形结构，作为脚掌用于缓冲吸振。
【文档编号】B62D57/02GK104058015SQ201410299484
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月27日 优先权日:2014年6月27日
【发明者】葛文杰, 苏永芳, 徐升, 赵东来, 朱元春, 孙超 申请人:西北工业大学