基于化学推进剂的弹跳机甲的制作方法

1.本发明属于四足机甲领域，具体涉及一种可在复杂地形上任意位置行走和跳跃的机甲。


背景技术：

2.随着机甲技术的不断发展，四足机甲应用领域更加广泛。足式机甲的运动轨迹是一系列离散的足印，对地形的适应性较强，对地形的破坏程度也小，足式机甲的腿部具有多个自由度，使运动的灵活性大大增强。
3.但在面对某些狭窄的地形时，四足机甲的高度可能会限制其前进，此时需要对其进行矢量弹跳，以适应多变的环境。
4.现有的弹跳机甲主要包括化学放能反应驱动的弹跳机甲以及燃气直线型驱动的弹跳机甲。这些机甲的主要缺点是瞬时加速度较低、能量释放方向可控性差等。
5.现有的四足机甲由于其自由度多，大量的关节驱动器使得机甲控制复杂，运动缓慢，当遇到比自身大的尺寸的障碍物难顺利翻越。


技术实现要素：

6.本发明是为了解决现有机甲无法适应多种环境变换的问题，一种可在复杂地形上任意位置行走和跳跃的四足机甲。
7.为实现上述目的，本发明型提供如下技术方案：
8.舵机，控制所述弹跳机甲的足关节运动；
9.活塞式气缸弹跳系统，实现弹跳机甲的弹跳驱动；
10.足部缓冲装置，实现弹跳机甲的落地缓冲；
11.排列式爆燃室，产生大量爆燃气体作用于活塞式气缸弹跳系统，实现机甲的弹跳以及姿态方向调整；
12.控制主板，装有运动控制软件和指令解析软件，对所述舵机，所述活塞式气缸弹跳系统，所述排列式爆燃推进系统进行控制；
13.控制终端，安装有数据指令软件；
14.无线通信装置，完成所述控制主板与所述控制终端之间的通信；
15.所述控制终端通过无线wifi发控制指令给所述控制主板，所述控制主板通过指令解析下发指令至所述驱动板，所述驱动板驱动所述舵机和所述排列式爆燃室，进而操纵弹跳机甲。
16.进一步的，所述舵机、排列式爆燃室、无线通信装置、控制主板、驱动板和锂电池均安装于机身上，所述机身包括底盘和上盖板，所述底盘的侧面通过四个所述舵机安装有四个足关节。
17.进一步的，所述锂电池设置于底盘的侧边，给所述控制主板供电、所述无线通信装置和所述驱动板供电。
18.进一步的，所述足关节包括髋关节、大腿关节和小腿关节，所述舵机通过所述髋关节连接髋关节支架，所述髋关节支架通过所述大腿关节连接大腿支架，所述大腿支架通过所述小腿关节连接小腿支架。
19.进一步的，所述大腿支架和机身之间分别安装有活塞式气缸弹跳系统，所述活塞式气缸弹跳系统包括abcd四组活塞式气缸弹跳子系统。
20.进一步的，所述活塞式气缸弹跳系统主要包括缸体、泄气孔、活塞、推杆和导管，所述缸体的两头密封，底部侧面设置泄气孔，顶部连接耐高压的导气管，所述活塞置于缸体内且底部连接推杆一端，所述推杆另一端连接小腿支架。燃爆的气体瞬间通过导管注入缸体时，推动活塞和推杆对外做功，弹跳机甲小腿支架和大腿支架也跟随向下运动，进而使机甲完成跳跃动作。当活塞运动到最大行程，运动结束，泄气孔将燃爆产生的废气由排气口排出，实现完全排气。
21.进一步的，所述足部缓冲装置安装于机甲足部。
22.进一步的，所述足部缓冲装置主要包括球形万向节和橡胶缓冲垫。所述小腿足部的自由端连接于球形万向节，所述球形万向节固定有橡胶缓冲垫。
23.进一步的，所述排列式爆燃室安装于机身内部。
24.进一步的，所述排列式爆燃室主要包括药筒、电子引信、压强保险和药包。所述控制主板通过控制电子引信点燃药筒内的药包，所述药包内的化学推进剂产生爆燃气体对外做功。所述每个活塞式气缸弹跳子系统通过导管分别串联2个药筒，所述压强保险保证了药筒内爆燃时压强维持在一定单位内，防止由于导管堵塞造成的爆炸。所述药包的化学推进剂为定量的燃料与氧化剂，保证了排列式爆燃室中每个药筒瞬燃气体单位量。
25.进一步的，所述活塞式气缸弹跳子系统a通过导管串联所述排列式爆燃室a1和a2；所述活塞式气缸弹跳子系统b通过导管串联所述排列式爆燃室b1和b2；所述活塞式气缸弹跳子系统c通过导管串联所述排列式爆燃室c1和c2；所述活塞式气缸弹跳子系统d通过导管串联所述排列式爆燃室d1和d2。
26.进一步的，所述弹跳机甲通过控制排列式爆燃室中的药筒爆燃数量，进而控制单位时间内注入abcd四组活塞式气缸弹跳子系统气压大小，进而调整机甲弹跳与姿态方向。具体的，机甲执行向前跳跃动作时，排列式爆燃室a1，b1，b2，c1，c2，d1同时爆燃；机甲执行向后跳跃动作时，排列式爆燃室a1，a2，b1，c1，d1，d2同时爆燃；机甲执行向左跳跃动作时，排列式爆燃室a1，a2，b1，b2，c1，d1同时爆燃；机甲执行向右跳跃动作时，排列式爆燃室a1，a2，b1，b2，c1，d1同时爆燃；机甲执行垂直跳跃动作时，排列式爆燃室a1，a2，b1，b2，c1，c2，d1，d2同时爆燃。
27.进一步的，所述控制主板内涵imu陀螺仪姿态芯片。
28.该发明弹跳机甲的有益效果：通过舵机使用足式运动，能够适应各种复杂地形；活塞式气缸弹跳系统，一种以化学推进剂爆燃气体为动力装置，用于跳跃机甲的弹跳驱动；足部缓冲装置具有球形万向节，可以自由转动任意角度，进而保证橡胶缓冲垫以最佳角度着陆在地面上；排列式爆燃室，机甲通过控制排列式爆燃室中药筒的数量，进而完成对机甲每只脚的弹跳力度，保证了机甲弹跳与姿态方向的调整，不但能够满足弹跳机甲瞬间输出力大和功率质量比高的特点，而且可以实现对机甲的弹跳时每只腿的力度控制；imu陀螺仪姿态芯片，能够实时检测空中环境的机身姿态，进而保证机甲水平稳定着陆。
附图说明
29.图1为本发明实施例中空间站爬壁巡检机甲的结构示意图；
30.图2为本发明实施例中机身的结构示意图；
31.图3为本发明实施例中机身的分解结构示意图；
32.图4为本发明实施例中排列式爆燃室与导管连接示意图；
33.图5为本发明实施例中活塞式气缸弹跳系统与排列式爆燃室连接结构示意图；
34.图6为本发明实施例中活塞式气缸弹跳系统结构示意图；
35.图7为本发明实施例中排列式爆燃室结构示意图；
36.图中：1、机身，101、地盘，102、上盖板，2、足关节，201、髋关节，202、大腿关节，203、小腿关节，204、髋关节支架，205、大腿支架，206、小腿支架，3、舵机，4、活塞式气缸弹跳系统，401、缸体，402、泄气孔，403、活塞推杆，404、推杆，405、导管，5、足部缓冲装置，501、球形万向节，502、橡胶缓冲垫，6、排列式爆燃室，601、药筒，602、电子引信，603、压强保险，604、药包，7、无线通信装置，8、控制主板，9、驱动板，10、锂电池。
具体实施方式
37.以下结合实施例对本发明作进一步的阐述。
38.如说明书附图1所示，一种可在复杂地形上任意位置行走和跳跃的机甲，主要由机身1、与机身1连接的四条足关节2、活塞式气缸弹跳系统4、足部缓冲装置5、排列式爆燃室6组成。该弹跳机甲为仿生设计，采用外骨骼方式，机身1和足关节2为钛合金，具有重量轻，结构强度高，抗腐蚀等优点。
39.如说明书附图1所示，该机甲每条足关节2拥有三个自由度，分别为髋关节201、大腿关节202和小腿关节203，结构由髋关节支架204、大腿支架205、小腿支架206组成，具体的，髋关节201一端通过舵机3安装于机身1上，另一端连接髋关节支架204，髋关节支架204通过大腿关节202连接大腿支架205，大腿支架205通过小腿关节203连接小腿支架206。通过足关节2的三个自由度该弹跳机甲能够在驱动器允许的范围内，运动到运作空间的任意位置。在一实施例中，该弹跳机甲运动使用反向运动解析ik方式，先求得需要到达的空间位置，再将空间位置反向运动解析为舵机角度，控制主板6通过驱动板7驱动舵机3控制足关节2运动至指定角度，从而满足了机甲在恶劣环境下，机甲可以任意地面自由行走的需求。
40.较优的，机身1主要由底盘101和上盖板102组成，如说明书明书附图2和附图3所示，所述底盘101侧面通过四个舵机3安装四个足关节2，底盘101内部安装控制主板8、驱动板9、锂电池10、无线通信装置7和排列式爆燃室6。其中控制主板6负责所有的高层运算功能，包括指令解析、数据压缩、数据传输、数据识别、避障、路径规划和ai人工智能；驱动板9负责底层运算功能和直接驱动舵机3、活塞式气缸弹跳系统4和排列式爆燃室6执行动作。所述底层运算功能指反向运动解析、步态解算、信号采集；锂电池10负责为整个系统提供电源，同时锂电池10还作为配重优选安装于底盘101，保证机甲行走的稳定性。
41.较优的，所述大腿支架205和机身1之间所述大腿支架和机身之间分别安装有活塞式气缸弹跳系统4，所述活塞式气缸弹跳系统4包括abcd四组活塞式气缸弹跳子系统，如说明书附图1和附图5所示。
42.较优的，所述活塞式气缸弹跳系统4如说明书附图6所示，具体的，主要包括缸体
401、泄气孔402、活塞403、推杆404和导管405，所述缸体401的两头密封，底部侧面设置泄气孔402，顶部连接耐高压的导管405，所述活塞403置于缸体内且底部连接推杆404一端，所述推杆404另一端连接小腿支架206。燃爆的气体瞬间通过导管405注入缸体401时，推动活塞403和推杆404对外做功，弹跳机甲小腿支架206和大腿支架205也跟随向下运动，进而使机甲完成跳跃动作。当活塞403运动到最大行程，运动结束，泄气孔402将燃爆产生的废气由排气口排出，实现完全排气。
43.较优的，所述足部缓冲装置5如说明书附图1所示，具体的，主要包括球形万向节501和橡胶缓冲垫502。所述小腿足部的自由端连接于球形万向节501，所述球形万向节固定有橡胶缓冲垫502。
44.较优的，所述排列式爆燃室6如说明书附图7所示，具体的，主要包括药筒601、电子引信602、压强保险603和药包604。所述控制主板8通过控制电子引信602点燃药筒601内的药包604，所述药包604内的化学推进剂产生爆燃气体对外做功。所述每个活塞式气缸弹跳系统6通过导管405连接串联多个药筒601，所述压强保险603保证了药筒601内爆燃时压强维持在一定单位内，防止由于导管堵塞造成的爆炸。
45.较优的，所述药包604的化学推进剂为定量的燃料与氧化剂，保证了排列式爆燃室中每个药筒瞬燃气体单位量。
46.较优的，如说明书附图4和附图5所示：所述活塞式气缸弹跳系统4通过导管405串联所述排列式爆燃室6。所述活塞式气缸弹跳子系统a通过导管405串联所述排列式爆燃室6的a1和a2；所述活塞式气缸弹跳子系统b通过导管405串联所述排列式爆燃室6的b1和b2；所述活塞式气缸弹跳子系统c通过导管405串联所述排列式爆燃室6的c1和c2；所述活塞式气缸弹跳子系统d通过导管串联所述排列式爆燃室6的d1和d2。
47.较优的，所述弹跳机甲通过控制排列式爆燃室6中的药筒601爆燃数量，控制单位时间内注入活塞式气缸弹跳系统6气压大小，进而调整机甲弹跳与姿态方向。机甲进行向前跳跃动作时，排列式爆燃室6的a1，b1，b2，c1，c2，d1同时爆燃；机甲进行向后跳跃动作时，排列式爆燃室6的a1，a2，b1，c1，d1，d2同时爆燃；机甲进行向左跳跃动作时，排列式爆燃室6的a1，a2，b1，b2，c1，d1同时爆燃；机甲进行向右跳跃动作时，排列式爆燃室6的a1，a2，b1，b2，c1，d1同时爆燃；机甲进行垂直跳跃动作时，排列式爆燃室6的a1，a2，b1，b2，c1，c2，d1，d2同时爆燃。
48.较优的，所述控制主板8内涵imu陀螺仪姿态芯片。
49.本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
50.尽管本文较多地使用1.机身，101.地盘，102.上盖板，2.足关节，201.髋关节，202.大腿关节，203.小腿关节，204.髋关节支架，205.大腿支架，206.小腿支架，3.舵机，4.活塞式气缸弹跳系统，401.缸体，402.泄气孔，403.活塞，404.推杆，405.导管，5.足部缓冲装置，501.球形万向节，502.橡胶缓冲垫，6.排列式爆燃室，601.药筒，602.电子引信，603.压强保险，604.药包，7.无线通信装置，8.控制主板，9.驱动板，10.锂电池等术语，但是使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。