一种仿弹尾虫跳跃及行走机器人的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种仿弹尾虫跳跃及行走机器人。

背景技术：

随着技术的发展，机器人技术在各个方面得到广泛应用。而在星际探测、生命救援和军事侦察等领域，存在各种类型的复杂、非结构化工作环境，这就要求机器人体积小且具有强大的越障能力。由于弹尾虫体积小且可以越过数倍于自身尺寸的障碍物，研究者基于仿生学原理，设计出了一种具有行走能力的仿弹尾虫跳跃机器人。

弹跳是自然界中一种很常见的运动方式，像青蛙、袋鼠和蝗虫等，相比于行走，弹跳具有活动范围广、移动效率高、爆发力强等特点。现有的跳跃机器人结构复杂，能量利用效率较低，不能实现连续跳跃，同时运动形式较为单一，对复杂环境的适应能有较大的限制。

弹尾虫是一种运动能力极强的跳虫，依赖腹部末端的弹器进行强而有力的跳跃，一次可跳出几乎身体200倍的距离。受弹尾虫特殊跳跃机理的启发，研究弹尾虫的跳跃方式，为仿生技术的研究提供技术支持，使得具有跳跃行走复合运动的机器人能够从结构上实现机械机构的简化，提高机器人的灵活性以及能量的利用效率。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种仿弹尾虫跳跃及行走机器人，模仿弹尾虫特有的跳跃器官，设计一种通过绳牵引实现机器人跳跃运动的机械结构，通过平面高副连杆机构实现机器人的行走功能。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种仿弹尾虫跳跃及行走机器人，包括跳跃结构、跳跃复位结构、行走结构和辅助起跳结构；

所述跳跃结构用于实现机器人的跳跃运动；

所述行走结构用于实现所述机器人的行走功能；

所述跳跃复位结构与所述跳跃结构连接，用于带动所述跳跃结构回复初始位置；

所述辅助起跳结构用于完成跳跃阶段的辅助蓄能作用。

优选的，所述跳跃结构包括跳跃驱动结构和跳跃执行结构，所述跳跃驱动结构与所述跳跃执行结构连接。

优选的，所述跳跃驱动结构包括减速电机一、尼龙绳、卷轮、跳跃转轴一和连接板；

所述减速电机一安装在机身上，所述卷轮安装在减速电机一上，所述尼龙绳一端固连在卷轮上、另一端连接在所述跳跃转轴一上，所述跳跃转轴一一端与所述机身连接，另一端穿过所述连接板。

优选的，所述跳跃执行结构包括基柄、跳板、连接销、扭簧和跳跃转轴二；

所述基柄与所述跳跃转轴一穿过所述连接板的一端连接，所述连接板一端安装在所述跳跃转轴一上，另一端与所述跳跃转轴二的一端连接，所述跳跃转轴二另一端安装在机身上；所述基柄与跳跃转轴二固连，所述基柄与所述跳板通过连接销连接，所述连接销与所述扭簧同轴，所述扭簧的一端与基柄连接，另一端与所述跳板连接。

优选的，所述跳跃复位结构包括减速电机二、电机齿轮、转轴齿轮和转轴单向轴承；所述减速电机二安装在所述机身上，所述电机齿轮与所述减速电机二连接，所述电机齿轮与所述转轴齿轮啮合连接，所述转轴齿轮与所述转轴单向轴承外端形成轴孔配合，所述转轴单向轴承内径与跳跃转轴二连接。

优选的，所述辅助起跳结构包括拉簧一、拉簧二和阻挡杆件；所述拉簧一与拉簧二的上端均与机身固定连接，所述拉簧一与拉簧二的下端均与与阻挡杆件连接，所述阻挡杆件位于所述跳板的下方。

优选的，所述行走结构包括机身结构、左一连杆机构、右一连杆机构、左二连杆机构、右二连杆机构和行走驱动结构；

所述机身结构的左侧通过所述左一连杆机构、左二连杆机构分别连接有行走脚一和行走脚三，所述机身结构的右侧通过所述右一连杆机构、右二连杆机构分别连接有行走脚二和行走脚四；所述行走驱动机构用于为所述行走结构提供动力。

优选的，所述机身结构包括所述机身、滑柱一、滑柱二、曲柄轴一和曲柄轴二；所述滑柱一安装在所述机身左侧，所述滑柱二安装在机身右侧，所述曲柄轴一与所述曲柄轴二的一端通过联轴器连接实现同步转动，同时所述曲柄轴一、曲柄轴二均与所述机身相连。

优选的，所述左一连杆机构包括连杆一、行走腿一、卡套一和缓冲压簧一；所述连杆一的一端与所述曲柄轴一的一端连接，所述连杆一的中部与所述滑柱一的圆柱构成滑杆滑槽式连接，所述连杆一的末端使用所述卡套一完成封闭，所述连杆一的中间部分与所述行走腿一的一端连接，所述行走腿一的另一端与所述缓冲压簧一连接，所述缓冲压簧一连接所述行走脚一；

所述右一连杆机构包括连杆二、行走腿二、卡套二和缓冲压簧二；所述连杆二的一端与所述曲柄轴二的一端连接，所述连杆二的中部与所述滑柱二的圆柱构成滑杆滑槽式连接，所述连杆二的末端使用所述卡套二完成封闭，所述连杆二的中间部分与所述行走腿二的一端连接，所述行走腿二的另一端与所述缓冲压簧二连接，所述缓冲压簧二连接所述行走脚二；

所述左二连杆机构包括连杆三、行走腿三、卡套三和缓冲压簧三；所述连杆三的一端与所述曲柄轴一的一端连接，所述连杆三的中部与所述滑柱一的圆柱构成滑杆滑槽式连接，所述连杆三的末端使用所述卡套三完成封闭，所述连杆三的中间部分与所述行走腿三的一端连接，所述行走腿三的另一端与所述缓冲压簧三连接，所述缓冲压簧三连接所述行走脚三；

所述右二连杆机构包括连杆四、行走腿四、卡套四和缓冲压簧四；所述连杆四的一端与所述曲柄轴二的一端连接，所述连杆四的中部与所述滑柱二的圆柱构成滑杆滑槽式连接，所述连杆四的末端使用所述卡套四完成封闭，所述连杆四的中间部分与所述行走腿四的一端连接，所述行走腿四的另一端与所述缓冲压簧四连接，所述缓冲压簧四连接所述行走脚四。

优选的，所述行走驱动结构包括减速电机三、电机齿轮一、齿轮二、齿轮三和齿轮四；所述减速电机三安装在所述机身上，所述电机齿轮一安装在所述减速电机三上与所述齿轮二啮合连接，所述齿轮二安装在机身上与所述齿轮三啮合连接，所述齿轮三安装在机身上与所述齿轮四啮合连接，所述齿轮四安装在所述曲柄轴一上，与所述曲柄轴一同步转动。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明创新实现了新型的跳跃结构，通过对弹尾虫跳跃器官的模仿，实现了新型的弹跳结构，具有更少的构件数，更简单的驱动方式，实现形式更加简化的跳跃模型，减少了传动构件数从而实现的弹跳效率的提高。

本发明使用跳跃与行走机构分离的设计突破了传动跳跃行走结构耦合的设计形式，采用分离式的结构设计简化了整体结构，同时使得驱动变得简单，使用绳牵引的方式来完成跳跃机构的蓄能与释放，同时使用绳牵引的方式可以实现较大的传动比，简化传动机构。使用单独的跳跃复位机构对跳跃机构进行复位以便方便下次跳跃的使用，具有一定的跳跃连续性。

本发明采用特有的跳跃机构实现了在蓄能的同时完成触发的准备，在蓄能结束完成触发准备条件，无需设计单独的弹力快速释放机构。

本发明设计了特有的辅助跳跃机构，提高了跳跃机构的能量利用，同时对起跳时的姿态起到了一定的调节作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中仿弹尾虫跳跃及行走机器人整体结构示意图；

图2为本发明中跳跃结构示意图；

图3为本发明中跳跃复位结构示意图；

图4为本发明中机身左侧行走结构示意图；

图5为本发明中机身右侧行走结构示意图；

图6为本发明中行走驱动结构意图；

图7为本发明中辅助起跳结构示意图；

图8为本发明中仿弹尾虫跳跃及行走机器人蓄能姿态示意图；

图9为本发明中仿弹尾虫跳跃及行走机器人起跳离地姿态示意图；

1-跳跃机构，2-跳跃复位机构，3-行走机构，4-辅助起跳机构，11-跳跃驱动结构，12-跳跃执行结构，111-减速电机一，112-卷轮，113-尼龙绳，114-跳跃旋转轴一，115-连接板，121-基柄，122-跳跃旋转轴二，123-连接销，124-扭簧，125-跳板，21-减速电机二，22-电机齿轮，23-转轴齿轮，24-单向轴承，31-机身结构，32-左一连杆机构，33-右一连杆机构，34-左二连杆机构，35-右二连杆机构，36-行走驱动结构，311-机身，312-滑柱一，313-滑柱二，314-曲柄轴一，315-曲柄轴二，321-连杆一，322-行走腿一，323-缓冲压簧一，324-行走脚一，325卡套一，331-连杆二，332-行走腿二，333-缓冲压簧二，334-行走脚二，335卡套二，341-连杆三，342-行走腿三，343-缓冲压簧三，344-行走脚三，345卡套三，351-连杆四，352-行走腿四，353-缓冲压簧四，354-行走脚四，355卡套四，361-减速电机三，362-电机齿轮一，363-齿轮二，364-齿轮三，365-齿轮四，41-拉簧一，42-拉簧二，43-阻挡杆件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种仿弹尾虫跳跃及行走机器人，模仿弹尾虫特有的跳跃器官，设计一种通过绳牵引实现机器人跳跃运动的机械结构，通过平面高副连杆机构实现机器人的行走功能。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1和2所示，本实施例的仿弹尾虫跳跃及行走机器人，包括跳跃结构1，跳跃复位结构2，行走结构3，辅助起跳结构4。

跳跃机构1包括跳跃驱动结构11与跳跃执行结构12两部分。

跳跃驱动结构11中减速电机一111安装在机身311上卷轮112安装在减速电机一111上，尼龙绳113一端固连在卷轮112上、另一端连接在跳跃转轴一114上，跳跃转轴一114一端与机身311连接，一端穿过连接板115一端与基柄121连接，连接板115一端安装在跳跃转轴一114上，另一端与跳跃转轴二122的一端连接，跳跃转轴二122另一端安装在机身311上。

跳跃执行结构12中基柄121与跳跃转轴二122固连，基柄121与跳板125由连接销123连接，连接销123与扭簧124同轴，扭簧124的一端与基柄121连接，另一端与跳板125连接。减速电机一111通过旋转将尼龙绳113缠绕在卷轮112上，尼龙绳113的另一端连接在跳跃旋转轴一114上，带动跳跃旋转轴一114转动，同时基柄121绕跳跃旋转轴二122旋转，跳板125在阻挡杆件43上滑动，扭簧124进行扭转蓄能。

如图3所示，跳跃复位机构2由减速电机二21、电机齿轮22、转轴齿轮23、转轴单向轴承24构成。减速电机二21安装在机身311上，电机齿轮22与减速电机二21连接，电机齿轮22与转轴齿轮23啮合连接，转轴齿轮23与转轴单向轴承24外端形成轴孔配合，单向轴承24内径与跳跃转轴二122连接。在进行跳跃蓄能时，由于单向轴承24的作用，跳跃旋转轴二122的旋转对减速电机二21没有作用，当需要跳跃结构恢复初始位置时，减速电机二21转动，在单向轴承24的作用下带动跳跃结构恢复初始位置。

如图4、5和6所示，行走机构3包括机身结构31、左一连杆机构32、右一连杆机构33、左二连杆机构34、右二连杆机构35、行走驱动结构36六部分。

机身结构31中滑柱一312安装在机身311左侧、滑柱二313安装在机身311右侧，曲柄轴一314与曲柄轴二315的一端通过联轴器316连接实现同步转动，同时曲柄轴一314、曲柄轴二315与机身311相连；

左一连杆机构32中连杆一321的一端与曲柄轴一314的一端连接，连杆一321的中部与滑柱一312的一部分圆柱构成滑杆滑槽式连接，连杆一321的末端使用卡套一325完成封闭，连杆一321的中间部分与行走腿一322的一端连接，行走腿一322的另一端与缓冲压簧一323连接，缓冲压簧一323连接着行走脚一324；

右一连杆机构33中连杆二331的一端与曲柄轴二315的一端连接，连杆二331的中部与滑柱二313的一部分圆柱构成滑杆滑槽式连接，连杆二331的末端使用卡套二335完成封闭，连杆二331的中间部分与行走腿二332的一端连接，行走腿二332的另一端与缓冲压簧二333连接，缓冲压簧二333连接着行走脚二334；

左二连杆机构34中连杆三341的一端与曲柄轴一314的一端连接，连杆三341的中部与滑柱一312的一部分圆柱构成滑杆滑槽式连接，连杆三341的末端使用卡套三345完成封闭，连杆三341的中间部分与行走腿三342的一端连接，行走腿三342的另一端与缓冲压簧三343连接，缓冲压簧三343连接着行走脚三344；

右二连杆机构35中连杆四351的一端与曲柄轴二315的一端连接，连杆四351的中部与滑柱二313的一部分圆柱构成滑杆滑槽式连接，连杆四351的末端使用卡套四355完成封闭，连杆四351的中间部分与行走腿四352的一端连接，行走腿四352的另一端与缓冲压簧四353连接，缓冲压簧四353连接着行走脚四354；

行走驱动结构36中减速电机三361安装在机身311上，电机齿轮一362安装在减速电机三361上，齿轮二363安装在机身311上与齿轮三364啮合连接，齿轮三364安装在机身311上与齿轮四365啮合连接，齿轮四365安装在曲柄轴一314上，与曲柄轴一314同步转动。

如图7所示，辅助起跳机构4由拉簧一41、拉簧二42和阻挡杆件43构成，拉簧一41与拉簧二42的上端与机身311固定连接，拉簧一41与拉簧二42的下端与阻挡杆件43连接，跳跃机构蓄能时，在跳板下压作用下使得阻挡杆件43与拉簧一41、拉簧二43下压，完成跳跃阶段的辅助蓄能作用。辅助起跳结构的作用为调整档杆的位置，避免档杆43直接设置在底部位置时受行走地面结构的影响，同时在起跳瞬间，拉簧一41、拉簧二42与阻挡杆件43组成的局部弹簧质量系统能实现对机身前端位置的俯仰姿态调整的作用。

本实施例中的电机采用小型的减速电机，通过使用脉冲来实现对行走机构的调速，对跳跃机构传动轴的角度与速度的控制。通过手动调整行走腿在行走连杆上的位置来改变行走腿末端的行走轨迹从而对实现不同地形的适应。通过手动设定不同弹力等级的辅助起跳结构的拉簧一与拉簧二实现对起跳时头部姿态的调整。

本发明的工作原理如下：

参照图8、图9，在跳跃模式下，减速电机一111转动，使得尼龙绳113缠绕在卷轮112上，利用尼龙绳113拉动跳跃旋转轴一114转动，带动基柄121在跳跃旋转轴二122上进行转动，带动跳板125在档杆43上滑动，同时受力的作用下压档杆43，与跳跃基柄121和跳板125连接的扭簧124因两连接件的相对转动而进行扭转蓄力，阻挡杆件43因跳板上作用的力进行下移，同时与档杆43连接的拉簧一41、拉簧二42进行下拉蓄力。

当跳跃基柄121旋转至某一位置时，阻挡杆件43只与跳板125末端处接触，阻挡杆件43也下移到极限位置，此时处于蓄力的极限位置，基柄121继续旋转，跳板125与阻挡杆件43分离，扭簧124弹力触发，跳板125会瞬间拍击地面，同时阻挡杆件43在拉簧一41、拉簧二42的作用下迅速上移。在力的相互作用下，阻挡杆件43与拉簧一41、拉簧二42形成的局部弹跳模型带动机身进行俯仰姿态的调整，跳板125在扭簧124力臂的作用下与地面进行相互作用使得机器人整体触地弹跳完成跳跃动作。

跳跃结构复位时，减速电机二21转动，带动电机齿轮22、转轴齿轮23转动，同时跳跃旋转轴二122转动实现整个跳跃结构做复位运动。当跳跃结构恢复到初始位置时减速电机二21停止转动，复位完成。

在行走模式下，减速电机三361转动，带动连接的电机齿轮一362，齿轮二363，齿轮三364，齿轮四365进行转动，实现曲柄轴一314与曲柄轴二315的转动，曲柄轴一314与曲柄轴二315通过联轴器316进行连接，做相同的转动。曲柄轴一314与曲柄轴二315的转动带动连杆一321、连杆二331、连杆三341、连杆四351的动作，使得行走腿一322、行走腿二332、行走腿三342、行走腿四352带动与其相连的行走脚一324、行走脚二334、行走脚三344、行走脚四354做行走轨迹运动。行走时，行走脚一324与行走脚三344总是同步接触地面与离开地面，行走脚二334与行走脚四354总是同步接触地面与离开地面，两组动作交替完成，形成机器人的行走动作。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。