一种仿翼龙载物机器人

1.本发明涉及仿生机器人领域，尤其是涉及一种仿翼龙载物机器人。


背景技术：

2.仿生机器人发展十分迅速，在很多国家已经成功研制了飞行器。自20世纪90年代以来，仿鸟、仿昆虫的微小扑翼飞行器逐渐成为研究的热点，并取得了一些成果。但总体而言，对扑翼飞行的研究还处于初始阶段，且其中多为仿昆虫与鸟类飞行，如仿昆虫的微小飞行器，运用于海上勘察的仿海鸥飞行器等。例如，公开号为cn112340015a的中国专利公开了一种可以实现扑动扭转复合运动的仿生扑翼执行机构，包括机架、电机、第一齿轮、主摆动机构、辅摆动机构，所述主摆动机构包括左、右异形齿轮摆杆、联动摆杆，所述第一齿轮与所述左、右异形齿轮摆杆任其一形成第一曲柄摆动导杆机构；所述机架两侧上分别摆动设置有所述联动摆杆，所述联动摆杆与所述左、右异形齿轮摆杆之间形成第二曲柄摆动导杆机构，所述主摆动机构、辅摆动机构结构对称且分别设置于所述机架前后侧，所述辅摆动机构通过传动轴与所述第一齿轮同步联动。公开号为cn112078792a中国专利公开了一种仿生鸟飞行器，该飞行器机身相对的两侧对应设置有两个翼翅，其中，翼翅的一端和机身的侧面铰接；翼翅上均布开设有多个用于空气气流通过的排气孔i，翼翅底部设置用于控制排气孔i的通闭排气结构，机身内设置有用于给翼翅提供上下煽动的动力的驱动结构，及设置在翼翅的下方往复运动机构，往复运动机构输入端和驱动结构的输出端连接，其输出端通过万向节连接在翼翅的底部。
3.目前，现有的仿生飞行器载重能力小，续航性差、机动性差，着陆不安全可靠，不适合长途飞行滑翔，且起飞需要人协助给予一定的初速度，有待改进。翼龙，尤其是风神翼龙，作为远古大型飞行恐龙，重达500斤，是人类已知最大的飞行动物。翼龙的飞行不像鸟类那样靠翅膀上的羽毛，而是依靠它们的翼膜来飞行，翼龙拥有巨大的双翼，非常适合长途飞行和滑翔，相比于蝙蝠和鸟类具有载重大、视野范围大的特点。模拟翼龙结构特点和飞行原理，有助于促进载物飞行器设计技术发展。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种仿翼龙载物机器人，该一种仿翼龙载物机器人具有机动性强、能实现安全起飞和着陆、可载重物、适合长途飞行和滑翔等效果。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
6.一种仿翼龙载物机器人，该装置包括头部、仿生颈部、仿生翅膀、主躯体模块、尾部摆动装置和腿部弹跳装置。所述的头部包括相机；所述的仿生颈部包括驱动绳、基座、颈部弹簧；颈部弹簧套在基座的圆形凸台上，靠近头部的一节颈部弹簧套在头部的圆形的凸台上，四根驱动绳相互呈从基座的四个圆孔中穿过连在头部末端，驱动绳的另外一端穿过主躯体前端的四个小孔一直延伸到主躯体后部的控制箱中，连接在绳驱动带轮上，绳驱动带
轮通过键联接在驱动电机的输出轴上，驱动电机的输出轴的转动将带动驱动绳和颈部弹簧收缩，最终驱动仿生颈部弯曲；所述的尾部摆动装置的尾鳍和主躯体后部铰接，舵机的输出轴和尾鳍相连，实现尾鳍的左右摆动。
7.所述的仿生翅膀包括右侧小翼、右侧大翼、承载轴、齿轮转动长轴、带滑块的圆盘、左侧大翼、左侧小翼、直齿圆柱齿轮、带凸耳的滑块、圆盘转动轴、短连杆、长连杆、小翼连接杆、直齿圆柱齿轮、从动直齿圆柱齿轮、主动直齿圆柱齿轮、rv减速器、燃油发动机、转动连杆、后部短连杆；右侧小翼和右侧大翼通过铰链相连，右侧大翼和左侧大翼通过铰链连接在承载轴上形成转动副；燃油发动机输出轴与rv减速器相连，rv减速器输出轴通过平键与主动直齿圆柱齿轮相连，主动直齿圆柱齿轮和从动直齿圆柱齿轮相互啮合，从动直齿圆柱齿轮和直齿圆柱齿轮通过平键和轴肩固定在齿轮转动长轴上，齿轮转动长轴通过轴承固定在主躯体两个支撑柱的上端；直齿圆柱齿轮和直齿圆柱齿轮相互啮合，直齿圆柱齿轮和带滑块的圆盘固定在圆盘转动轴上；带滑块的圆盘的圆形滑块嵌入在带凸耳的滑块的凹槽中，带凸耳的滑块上的滑块嵌入在主躯体前端支柱中的矩形槽中；右侧大翼和左侧大翼通过两个短连杆用销连接在滑块的凸耳上；转动连杆通过套筒轴向固定在齿轮转动长轴上，转动连杆其中的一段短杆通过长连杆与小翼连接杆相连，小翼连接杆固定在小翼后端；转动连杆另外一段长杆通过后部短连杆与后部的带凸耳的滑块相连。
8.所述的腿部弹跳装置包括电机、腿部小带轮、皮带、腿部带轮转动轴、腿部大带轮、腿部转动轴、直齿圆柱齿轮、直齿圆柱齿轮、大腿骨架、大腿起跳弹簧、气动肌肉、气动肌肉活动铰链、弹簧活动铰链、脚部。电机固定在主躯体的后部支撑板上，电机输出轴通过平键和腿部小带轮相连；腿部大带轮通过轴肩和平键固定在腿部带轮转动轴上，腿部带轮转动轴通过轴承支撑在主躯体后部的支撑柱上；腿部小带轮和腿部大带轮用皮带相连；直齿圆柱齿轮固定在腿部带轮转动轴上，直齿圆柱齿轮和直齿圆柱齿轮相互啮合，直齿圆柱齿轮固定在大腿骨架上，大腿骨架固定在腿部转动轴上，腿部大齿轮转动轴通过轴承支撑在主躯体后部的支撑柱上，皮带转动将实现腿部的起与降；气动肌肉活动铰链、弹簧活动铰链和脚部、大腿骨架下方的支撑柱铰接，大腿起跳弹簧固定在弹簧活动铰链的圆形凸起上，气动肌肉两端分别接在与脚部相连的气动肌肉活动铰链和与大腿骨架相连的气动肌肉活动铰链上，两根气动肌肉通入气体横向膨胀纵向收缩带动大腿起跳弹簧收缩，释放实现大腿弹跳。
9.进一步地，所述的一种仿翼龙载物机器人，其特征在于：所述的右侧小翼和左侧小翼在转动轴处的前端设有掌骨，在降落时掌骨恰好贴地和腿部弹跳装置共同支撑起一种仿翼龙载物机器人。
10.进一步地，所述的一种仿翼龙载物机器人，其特征在于：所述的右侧小翼、右侧大翼、左侧大翼和左侧小翼的表面上覆盖有一层高强度玻璃纤维，把由翼膜表面产生的空气动力传递到前肢。
11.进一步地，所述的一种仿翼龙载物机器人，其特征在于：所述的主躯体最前端有两个储存箱门，它们与主躯体下侧的储存箱铰接，储存箱门的外侧设有小把手，便于手动开门。
12.本发明还提供了一种仿翼龙载物机器人的应用方法，具体过程如下：
13.先将储存箱门打开，将物体放入主躯体的储存箱中；四根气动肌肉中充入气体，气
动肌肉横向膨胀纵向收缩使大腿起跳弹簧压缩，然后气动肌肉泄压，起跳弹簧迅速伸长带动机器人起跳，此时燃油发动机启动经过rv减速器减速带动从动直齿圆柱齿轮旋转，转动经由齿轮转动长轴传递到直齿圆柱齿轮，直齿圆柱齿轮与直齿圆柱齿轮相互啮合，直齿圆柱齿轮转动带动带滑块的圆盘在圆盘转动轴上转动；带滑块的圆盘的圆形滑块嵌装在带凸耳的滑块的凹槽中左右移动，然后带动带凸耳的滑块在主躯体前端支撑柱内的凹槽中上下移动；带凸耳的滑块的上下移动通过短连杆带动右侧大翼和左侧大翼上下扑翼；仿生翅膀后部的带滑块的圆盘的圆形滑块和前部的带滑块的圆盘的圆形滑块在同一条轴线上，这样前后的两个带凸耳的滑块就在同一条水平线上，后部的带凸耳的滑块右侧的凸耳通过后部短连杆与转动连杆上的一段长连杆相连，此转动连杆上的另一段短连杆通过长连杆与左侧小翼上的小翼连接杆相连，小翼连接杆、长连杆和转动连杆上的一段短连杆三者构成平行四边形，带凸耳的滑块上移带动最后端的转动连杆逆时针转动，最终带动左侧小翼向下扑翼；
14.本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：
15.1、本发明采用仿生翼龙设计，通过仿生双翼结构和腿部弹跳机构，使飞行器机动性更强、适合长途飞行和滑翔、具有较强载物能力；在降落的时候，翅膀能够自动收回，并且翅膀上的掌骨能够有效接触地面，能增大降落时与地面的接触面积，使降落更加平稳。翅膀表面采用的翼膜材料高强度玻璃纤维，具有较好的柔性、强度和弹性。
16.2、本发明的腿部弹跳装置采用弹簧驱动和仿生气动肌肉相结合的形式，保证在弹跳时具有较大的驱动力又能有效储存能量。弹簧驱动具有储能、能量锁定与释放、改变储能大小的作用。气动肌肉可以提供很大的力量，而重量却比较小，在达到推拉极限时自动制动，使整个装置更加轻便、小巧便于减轻机器人的重量，从而减小驱动负荷，弹跳高度也易于控制。在飞行时，整个腿部和身体保持在一条水平线上，呈现流线形，并且在着陆前，可以控制整个腿部收回，调整腿部以形成一个能够平稳着陆的关节角度，实现平稳着陆。
17.3、本发明的颈部采用线驱动仿生设计，良好的弹性能够满足连续弯曲运动的需要，能实现多变灵活的运动，能通过颈部的运动来改变一种仿翼龙载物机器人在空中的位姿，来保持平衡，具有飞行稳定、灵活等优点。
18.综上所述，本发明与现有技术相比，具有载重大，机动性更强、能实现安全减速和着陆、非常适合长途飞行和滑翔，弹跳装置更加轻便、小巧，弹跳高度也易于控制，弹跳装置易于储能、能量锁定与释放，颈部能多自由度改变机器人的位姿来保持平衡，飞行稳定、灵活，翅膀能自动收回，降落更加平稳等优点。
附图说明
19.图1是一种仿翼龙载物机器人的整体结构示意图；
20.图2是一种仿翼龙载物机器人的头部的正视图；
21.图3是一种仿翼龙载物机器人的仿生颈部的轴测图；
22.图4是一种仿翼龙载物机器人的仿生翅膀的轴测图；
23.图5是一种仿翼龙载物机器人的仿生翅膀的轴测图；
24.图6是一种仿翼龙载物机器人的主躯体模块的轴测图；
25.图7是一种仿翼龙载物机器人的主躯体模块的剖视图；
26.图8是一种仿翼龙载物机器人的尾部摆动装置的轴测图；
27.图9是一种仿翼龙载物机器人的腿部弹跳装置的轴测图；
28.图10是一种仿翼龙载物机器人的大腿和脚部连接处的轴测图；
29.图中：1、头部、2、仿生颈部，3、仿生翅膀、4、主躯体模块、5、尾部摆动装置，6、腿部弹跳装置，101、相机，102、头部壳体，201驱动绳，202、基座，203、颈部弹簧，301、右侧小翼，302、右侧大翼、303、承载轴，304、齿轮转动长轴，305带滑块的圆盘、306、左侧大翼，307左侧小翼、308、直齿圆柱齿轮，309、带凸耳的滑块、310、圆盘转动轴，311、短连杆，312、长连杆，313、小翼连接杆，314、直齿圆柱齿轮，315、从动直齿圆柱齿轮，316、主动直齿圆柱齿轮，317、rv减速器，318、燃油发动机，319、转动连杆，320、后部短连杆，401、储存箱门，501、舵机，502、尾鳍，601、电机，602、腿部小带轮，603、皮带，604、腿部带轮转动轴、605腿部大带轮、606、腿部转动轴，607直齿圆柱齿轮、608、直齿圆柱齿轮、609、大腿骨架，610、大腿起跳弹簧、611、气动肌肉，612、气动肌肉活动铰链，613、弹簧活动铰链，614、脚部。
具体实施方式
30.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，显然以下所描述的实施例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。
31.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
32.如图1所示，本发明一种仿翼龙载物机器入主要包括头部1、仿生颈部2、仿生翅膀3、主躯体模块4、尾部摆动装置5和腿部弹跳装置6；头部1连接安装在仿生颈部2的前端，仿生颈部2后端连接安装在主躯体模块4前端，主躯体模块4的两侧均安装有仿生翅膀3，主躯体模块4的后部控制箱中安装有两个腿部弹跳装置6，尾部摆动装置5和主躯体模块4后端铰接。
33.如图3所示，仿生颈部2包括驱动绳201、基座202、颈部弹簧203，如图7所示，在主躯体模块4后部的控制箱的下部装有绳驱动带轮402、驱动电机403；驱动电机403的输出轴通过键与绳驱动带轮402相连，绳驱动带轮402正好安装在主躯体4后部的控制箱四个小孔的下面；颈部弹簧203套在基座202的圆形凸台上，靠近头部1的一节颈部弹簧203套在头部1的圆形的凸台上，四根驱动绳201相互呈90
°
从基座202的四个圆孔中穿过连在头部1末端，驱动绳201的另外一端穿过主躯体4前端的四个小孔一直延伸到主躯体4后部的控制箱中，连接在绳驱动带轮402上，绳驱动带轮402通过键联接在驱动电机403的输出轴上，驱动电机403的输出轴的转动将带动驱动绳201和颈部弹簧203收缩，最终驱动仿生颈部2弯曲，以改变一种仿翼龙载物机器人在空中的位姿；
34.如图8所示，尾部摆动装置5包括舵机501、尾鳍502；尾鳍502和主躯体4后部铰接，舵机501的输出轴和尾鳍502的旋转轴内的小孔胀紧连接，实现尾鳍502的左右摆动，能改变一种仿翼龙载物机器人的飞行方向。
35.如图4和5所示，仿生翅膀3包括右侧小翼301、右侧大翼302、承载轴303、齿轮转动长轴304、带滑块的圆盘305、左侧大翼306、左侧小翼307、直齿圆柱齿轮308、带凸耳的滑块309、圆盘转动轴310、短连杆311、长连杆312、小翼连接杆313、直齿圆柱齿轮314、从动直齿圆柱齿轮315、主动直齿圆柱齿轮316、rv减速器317、燃油发动机318、转动连杆319、后部短连杆320；右侧小翼301和右侧大翼302通过铰链相连，右侧大翼302和左侧大翼306通过铰链连接在承载轴303上形成转动副；燃油发动机318输出轴与rv减速器317相连，rv减速器317输出轴通过平键与主动直齿圆柱齿轮31相连，主动直齿圆柱齿轮316和从动直齿圆柱齿轮315相互啮合，从动直齿圆柱齿轮315和直齿圆柱齿轮314通过平键和轴肩固定在齿轮转动长轴304上，齿轮转动长轴304通过轴承固定在主躯体4两个支撑柱的上端；直齿圆柱齿轮314和直齿圆柱齿轮308相互啮合，直齿圆柱齿轮308和带滑块的圆盘305固定在圆盘转动轴310上；带滑块的圆盘305的圆形滑块嵌入在带凸耳的滑块309的凹槽中，带凸耳的滑块309上的滑块嵌入在主躯体4前端支柱中的矩形槽中；右侧大翼302和左侧大翼306通过两个短连杆311用销连接在滑块309的凸耳上；转动连杆319通过套筒轴向固定在齿轮转动长轴304上，转动连杆319其中的一段短杆通过长连杆312与小翼连接杆313相连，小翼连接杆313固定在小翼后端；转动连杆319另外一段长杆通过后部短连杆320与后部的带凸耳的滑块309相连。
36.如图9和10所示，腿部弹跳装置6包括电机601、腿部小带轮602、皮带603、腿部带轮转动轴604、腿部大带轮605、腿部转动轴606、直齿圆柱齿轮607、直齿圆柱齿轮608、大腿骨架609、大腿起跳弹簧610、气动肌肉611、气动肌肉活动铰链612、弹簧活动铰链613、脚部614；电机601固定在主躯体4的后部支撑板上，电机601输出轴通过平键和腿部小带轮602相连，电机601用于驱动腿部小带轮602旋转；腿部大带轮605通过轴肩和平键固定在腿部带轮转动轴604上，腿部带轮转动轴604通过轴承支撑在主躯体4后部的支撑柱上；腿部小带轮602和腿部大带轮605用皮带603相连；直齿圆柱齿轮607固定在腿部带轮转动轴604上，直齿圆柱齿轮607和直齿圆柱齿轮608相互啮合，直齿圆柱齿轮608固定在大腿骨架609上，大腿骨架609固定在腿部转动轴606上，腿部大齿轮转动轴606通过轴承支撑在主躯体4后部的支撑柱上，皮带603转动将实现腿部的起与降；气动肌肉活动铰链612、弹簧活动铰链613和脚部614、大腿骨架609下方的支撑柱铰接，大腿起跳弹簧610固定在弹簧活动铰链613的圆形凸起上，气动肌肉611两端分别接在与脚部614相连的气动肌肉活动铰链612和与大腿骨架609相连的气动肌肉活动铰链612上，两根气动肌肉611通入气体横向膨胀纵向收缩带动大腿起跳弹簧610收缩，释放实现大腿弹跳。
37.如图10所示，直齿圆柱齿轮607焊接在大腿骨架609上，直齿圆柱齿轮607的转动将带动直齿圆柱齿轮607旋转，以带动整个腿部弹跳装置6前后摆动，在一种仿翼龙载物机器人降落的时候，控制电机601将腿部弹跳装置6摆动到合适的位置与地面接触，平稳降落，在一种仿翼龙载物机器人飞行的过程中，控制电机601将腿部弹跳装置6摆动到水平方向上，整个机器人呈流线型，减小阻力。
38.右侧小翼301和左侧小翼307在转动轴处的前端设有掌骨，在降落时转动轴正好处于最低点处，其上的掌骨恰好贴地和腿部弹跳装置6共同支撑起一种仿翼龙载物机器人，使降落更加平稳。
39.右侧小翼301、右侧大翼302、左侧大翼306和左侧小翼307的表面上覆盖有一层高
强度玻璃纤维复合材料，它们对于把由翼膜表面产生的空气动力传递到前肢起着重要作用。具体地，高强度玻璃纤维可采用高强玻璃纤维无捻粗纱材料。
40.主躯体4最前端有两个储存箱门401，它们与主躯体4下侧的储存箱铰接，储存箱门401的外侧设有小把手，便于手动开门，储存箱用于储存重物，在一种仿翼龙载物机器人飞行的过程中储存箱门401处于关闭状态；主躯体4的后部控制箱用于放置电源、控制器等。
41.如图2所示，头部1的两侧设有相机101，相机101用于实时记录一种仿翼龙载物机器人在航行过程中空中的环境图像数据并进行存储，同时相机101可以提供更加立体的图像和视频。
42.转动连杆319由长连杆和短连杆两段连杆焊接而成，在两根连杆的交界处设有钻孔和键槽，能固定在齿轮转动长轴304上。
43.如图6和7所示，主躯体模块4后部的控制箱前端的平板上设有6块突出的平板，最上面那块是为了固定燃油发动机318，再往下的那块是为了固定电机601，紧接着最后的四块是为了固定驱动电机403。
44.如图6所示，主躯体模块4前端的水平板上有两块竖直平行放置的两块支撑板，他们是用于固定圆盘转动轴310的，在其上的圆孔和圆盘转动轴310之间有轴承孔用于固定轴承。
45.一种仿翼龙载物机器人的应用方法，包含如下步骤：
46.使用者先将储存箱门401打开，将需要存放的物体放入主躯体4的储存箱中；四根气动肌肉611中充入气体，气动肌肉611横向膨胀纵向收缩使大腿起跳弹簧610压缩，然后气动肌肉611泄压，起跳弹簧610迅速伸长带动机器人起跳，此时燃油发动机318启动经过rv减速器317减速带动从动直齿圆柱齿轮315旋转，转动经由齿轮转动长轴304传递到直齿圆柱齿轮314，直齿圆柱齿轮314与直齿圆柱齿轮308相互啮合，直齿圆柱齿轮308转动带动带滑块的圆盘305在圆盘转动轴310上转动；带滑块的圆盘305的圆形滑块嵌装在带凸耳的滑块309的凹槽中左右移动，然后带动带凸耳的滑块309在主躯体前端支撑柱内的凹槽中上下移动；带凸耳的滑块309的上下移动通过短连杆311带动右侧大翼302和左侧大翼306上下扑翼；仿生翅膀3后部的带滑块的圆盘305的圆形滑块和前部的带滑块的圆盘305的圆形滑块在同一条轴线上，这样前后的两个带凸耳的滑块309就在同一条水平线上，后部的带凸耳的滑块309右侧的凸耳通过后部短连杆320与转动连杆319上的一段长连杆相连，此转动连杆319上的另一段短连杆通过长连杆312与左侧小翼307上的小翼连接杆313相连，小翼连接杆313、长连杆312和转动连杆319上的一段短连杆三者构成平行四边形，带凸耳的滑块309上移带动最后端的转动连杆319逆时针转动，最终带动左侧小翼307向下扑翼，通过对称设计布置，这样左右两侧的大小两翼就能完成扑翼动作。
47.上述具体实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
48.本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属
本发明技术方案范围。