一种用于环境探测的仿生弹跳机器人的制作方法

本发明涉及仿生机器人领域,特别是一种用于环境探测的仿生弹跳机器人。

背景技术：

仿生弹跳机器人目前在国际尚在研究阶段，国内对其的课题研究也是刚刚开始。仿生弹跳机器人除了具备一般跳跃机器人跨越障碍，躲避危险的能力之外，还具有更高的灵活性，更强的地面适应能力，跳跃机器人若在重力加速度远低于地球的球星上探索，运动范围和能量的消耗将比现今的轮式探索车更具优势，因此备受国内外研究机构的关注。

中国专利CN202508192U公开了一种仿蝗虫的弹跳机械机构，该发明利用凸轮和棘轮的运动特性，把弹性势能转化为弹跳的动能的机构。该发明只是利用仿生学原理设计了机械机构来实现弹跳运动，而不具备环境探测的功能，如探测弹跳机械机构所处环境的温度、噪音、空气成分、金属的存在的情况。

技术实现要素：

针对上述技术的不足，本发明公开了一种用于环境探测的仿生弹跳机器人，该机器人利用蝗虫的身体结构发明出弹跳的机构，利用不完全齿轮与齿条组合完成弹跳运动，不仅可以在恶劣的环境中平稳有目的的弹跳运动，还能根据需要，探测所处的环境的温度、噪音、空气成分、金属的存在情况。

实现本发明目的的技术方案是：

一种用于环境探测的仿生弹跳机器人，包括弹跳机械机构、环境探测机构、通信机构及控制机构组成，其中：环境探测机构、通信机构分别与弹跳机械机构的上部连接；控制机构与通信机构的第二无线收发端连接。

所述弹跳机械机构由躯体腿模块、躯体模块及弹跳腿模块组成，躯体模块的下部与躯体腿模块连接，弹跳腿模块与躯体模块的后部连接。其中：

所述躯体腿模块由左前腿、右前腿、左后腿及右后腿组成，左前腿、右前腿、左后腿及右后腿四个腿部均由腿部末端连杆、腿部连杆、下躯导杆、下躯连杆及第一弹簧、螺母组成。左前腿、右前腿、左后腿及右后腿分别与上躯体和下躯体四个角同时连接；右后腿的腿垫与腿部末端连杆一端连接，腿部末端连杆中部与腿部连杆的一端连接，腿部末端连杆另一端与下躯体的一角连接，腿部连杆的另一端与下躯干导杆一端相连，下躯导杆另一端与上躯体一角连接，第一弹簧套在下躯导杆一端，第一弹簧一端与上躯体一角接触，第一弹簧另一端与下躯体一角接触。螺母与下躯导杆上端连接。整个躯体腿模块的作用是支撑躯体部分，而且有防震功能。

所述躯体模块由后胸架、电磁铁、上躯体、下躯体、第二弹簧、第三弹簧、第一下躯连杆、第二下躯连杆、电机底座、减速电机组合、端盖、第一轴承、第二轴承、长轴、轴套、第一锥齿轮、第二锥齿轮、第一不完全齿轮及第二不完全齿轮组成，上躯体的前端下面与第二弹簧一端连接，第二弹簧另一端与下躯体的前端上面连接，上躯体的中部下面与电磁铁连接，第三弹簧一端套在电磁铁的表面，第三弹簧另一端与下躯体的中部上面连接，下躯体前端的下面与第一下躯连杆一端连接，下躯体中部的下面与第二下躯连杆一端连接，第一下躯体连杆与杠杆一端连接，第二下躯体连杆与杠杆另一端连接，杠杆的中部与上躯体连接，上躯体的后部下面与后胸架连接，电机底座与后胸架的下面连接，减速电机组合安装在电机底座，第一锥齿轮与减速电机组合的输出轴连接，长轴贯穿于电机底座的下部两侧，长轴的一端与端盖连接，第一轴承、不完全齿轮、第二轴承分别安装在长轴的一端，第一轴承的一侧与端盖接触，第一轴承另一侧与不完全齿轮一侧接触，不完全齿轮另一侧与第二轴承的一侧接触，第二轴承另一侧与电机底座接触，第一轴套、第二锥形齿轮、第二轴套分别安装在长轴的中部，第一轴套一侧与第二轴承一侧接触，锥形齿轮一侧与第一轴套另一侧接触，锥形齿轮另一侧与第二轴承的一侧接触安装着第二锥形齿轮，第一锥形齿轮与第二锥形齿轮啮合。整个躯体模块的作用是驱动不完全齿轮，并储蓄弹跳机械机构的能量。

所述弹跳腿模块由胫节连杆、胫节、弹簧导柱、第四弹簧、弹簧导套、齿条、固定板、滚动柱、后腿杆及后腿垫组成。弹簧导柱一端与胫节一端连接，弹簧导柱另一端与弹簧导套一端配合，第四弹簧的一端固定在弹簧导柱的一端，第四弹簧另一端固定在弹簧导套的一端，弹簧导套另一端与电机底座的上端连接，后腿杆一端与胫节一端连接，后腿杆另一端与长轴一端连接，后腿杆的中部与导轨固定板连接，齿条的一端与不完全齿轮啮合，齿条另一端与胫节连杆一端连接，导轨滚动柱支撑齿条中部，胫节连杆另一端与胫节一端连接，后腿垫与胫节另一端连接。整个弹跳腿模块的作用是携带仿生弹跳机器人完成跳跃运动。

所述环境探测机构由红外测温仪、气体检测仪、噪音传感仪及金属探测仪组成。红外测温仪、气体检测仪、噪音传感仪、金属探测仪与通信机构的第一无线收发端连接，第一无线收发端安装在上躯体的上部。其作用是监测弹跳机器人所在环境的温度、噪音、空气成分、金属的存在情况。

所述通信机构由第一无线收发射端、第二无线收发端组成，第一无线收发射端与环境探测机构连接，弹跳机械机构与第一无线收发端连接，第二无线收发端与控制机构连接。其作用是接收和发送和处理环境探测机构及控制机构的信号。

所述控制机构由单片机系统模块与显示模块组成，单片机系统与第二无线收发端连接，显示模块与单片机系统连接。其作用是处理无线收发端的信号及显示环境监测的状态。

本发明与现有技术相比,具有如下有益效果：

本发明利用蝗虫的身体结构发明出弹跳的机构，利用不完全齿轮与齿条组合完成弹跳运动，不仅可以在恶劣的环境中平稳有目的的弹跳运动，更重要的是本发明设计的环境探测仿生弹跳机器人能根据工作需要，探测所处的环境的温度、噪音、空气成分、金属的存在情况。

附图说明

图1为本发明用于环境探测的仿生弹跳机器人的连接框图；

图2为弹跳机械机构的主视图；

图3为弹跳机械机构的左视图；

图4为弹跳机械机构的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步阐述，但不是对本发明的限定：

一种用于环境探测的仿生弹跳机器人，包括弹跳机械机构44、环境探测机构48、通信机构53及控制机构56组成。

其中环境探测机构48与弹跳机械机构44的上躯体10的上部连接；

通信机构53与弹跳机械机构44的上躯体10的上部连连接；

控制机构56与通信机构53的第二无线收发端55连接。

所述弹跳机械机构44由所述躯体腿模块45、躯体模块46及弹跳腿模块47组成；其中躯体模块46的下部与躯体腿模块45连接，弹跳腿模块47与躯体模块46的后部连接。

所述躯体腿模块45由左前腿40、右前腿41、左后腿39及右后腿42组成。左前腿40、右前腿41、左后腿39及右后腿42四个腿部都是由腿部末端连杆37、腿部连杆25、下躯导杆26、第一弹簧24、螺母23组成；

连接方式：左前腿40、右前腿41、左后腿39及右后腿42分别与上躯体10和下躯体12四个角同时连接；腿部末端连杆37的中部与腿部连杆25的一端连接，腿部末端连杆36的另一端与下躯体12的一角连接，腿部连杆25的另一端与下躯导杆26一端相连，下躯导杆26另一端与上躯体10的一角连接，第一弹簧24套在下躯导杆26一端，第一弹簧24一端与上躯体10一角接触，第一弹簧24另一端与下躯体12一角接触，螺母24与下躯导杆26上端连接；

作用：支撑躯体部分，而且有防震功能。

所述躯体模块46由后胸架6、电磁铁8、上躯体10、下躯体12、第二弹簧11、第三弹簧9、第一下躯连杆13、第二下躯连杆7、杠杆14、电机底座21、减速电机组合22、端盖35、第一轴承34、第二轴承36、长轴32、第一轴套28、第二轴套31、第一锥齿轮30、第二锥齿轮29、不完全齿轮33组成；

连接方式：上躯体10的前端下面与第二弹簧11一端连接，第二弹簧11另一端与下躯体12的前端上面连接，上躯体10的中部下面与电磁铁8连接，第三弹簧9一端套在电磁铁8的表面，第三弹簧9另一端与下躯体12的中部上面连接，下躯体12前端的下面与第一下躯连杆13一端连接，下躯体12中部的下面与第二下躯连杆7一端连接，第一下躯体连杆13与杠杆14一端连接，第二下躯体连杆7与杠杆14另一端连接，杠杆14的中部与上躯体10连接，上躯体10的后部下面与后胸架6连接，电机底座21与后胸架6的下面连接，减速电机组合22安装在电机底座21，第一锥齿轮30与减速电机组合22的输出轴连接，长轴32贯穿于电机底座21的下部两侧，长轴32的一端与端盖35连接，第二轴承36、不完全齿轮33、第一轴承34分别安装在长轴的一端，第二轴承36的一侧与端盖35接触，第二轴承36另一侧与不完全齿轮33一侧接触，不完全齿轮33另一侧与第一轴承34的一侧接触，第一轴承34另一侧与电机底座21接触，第一轴套28、第二锥形齿轮29、第二轴套31分别安装在长轴32的中部，第二轴套31一侧与第一轴承34一侧接触，第二锥形齿轮29一侧与第二轴套31另一侧接触，第二锥形齿轮29另一侧与第一轴承28的一侧接触，第一锥形齿轮30与第二锥形齿轮29啮合；

作用：驱动不完全齿轮，并储蓄弹跳机械机构的能量；

所述弹跳腿模块47由胫节连杆1、胫节2、弹簧导柱3、第四弹簧4、弹簧导套5、齿条17、导轨固定板18、导轨滚动柱19、后腿杆20及后腿垫27组成；

连接方式：弹簧导柱3一端与胫节2一端连接，弹簧导柱3另一端与弹簧导套5一端配合，第四弹簧4的一端固定在弹簧导柱3的一端，第四弹簧4另一端固定在弹簧导套5的一端，弹簧导套5另一端与电机底座21的上端连接，后腿杆20一端与胫节2一端连接，后腿杆20另一端与长轴32一端连接，后腿杆20的中部与导轨固定板18连接，齿条17的一端与不完全齿轮33啮合，齿条17另一端与胫节连杆1一端连接，导轨滚动柱19支撑齿条中部，胫节连杆1另一端与胫节2一端连接，后腿垫27与胫节2另一端连接；

作用：携带仿生弹跳机器人完成跳跃运动。

所述环境探测机构48由红外测温仪49、气体检测仪50、噪音传感仪51及金属探测仪52组成；

连接关系：红外测温仪49、气体检测仪50、噪音传感仪51、金属探测仪52与通信机构53的第一无线收发端54连接，第一无线收发端54安装在上躯体10的上部；

作用：监测弹跳机器人所在环境的温度、噪音、空气成分、金属的存在情况。

所述通信机构53由第一无线收发射端54、第二无线收发端55组成；

连接关系：第一无线收发射端54与环境探测机构48连接，弹跳机械机构44与第一无线收发端54连接，第二无线收发端55与控制机构56连接。

作用：接收和发送和处理环境探测机构及控制机构的信号。

所述控制机构56由单片机系统模块57与显示模块58组成。

连接方式：单片机系统57与第二无线收发端55连接，显示模块58与单片机系统模块57连接。

作用：处理无线收发端的信号及显示环境监测的状态。

本发明的工作过程:在通信机构53正常工作后，控制机构56给电磁铁8信号执行一个抬升的动作，电磁铁8得电后对下躯体12的吸合，吸合2秒后给减速电机组合22一个信号，开始时下躯干12后部受得电的电磁铁8吸附，身体向后倾斜头部上抬；然后减速电机组合22转动，不完全齿轮16与齿条17进入啮合区域，齿条17拉动胫节2向内转动，此时胫节2受到弹簧4的拉力上抬至弹簧导杆3的最小长度；胫节2上抬动作被导杆顶死，齿条17仍在与齿轮啮合减速组合电机22的做功开始全部作用于弹簧能量的积蓄；不完全齿轮16及齿条17进入非啮合区，胫节2只受到弹簧的回复力作用，迅速收回，产生巨大的蹬地力，使机器人弹起，此时控制电磁铁8失电，为平稳降落做准备；弹跳机器人落地，上躯体10和下躯体12间的第二弹簧11与第三弹簧9起到减震吸能的作用。在弹跳机器人平稳降落30秒后，首先，是红外测温仪49进行工作状态，所得信息通过第一无线收发端54发送到显示模块58及时显示机器人所处环境温度是否符合设定的机器人工作环境温度如(1°到300°)。如所探测到所处环境的温度大于300°时，弹跳机器人马上执行下一次弹跳动作，直到所探测的温度符合弹跳机器人正常工作的环境温度为止，这样有效防止高温对弹跳机器人的伤害。假如符合机器人的正常工作的环境温度，相继的气体检测仪50、噪音传感仪51、金属探测仪52开始工作，通过第一无线收发端54发送到显示模块58显示，工作人员记录后，继续给机器人做下一次弹跳的运动，到达下一个地点再进行相应的探测机器人所处环境的情况。