(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)实用新型专利
(10)授权公告号 CN 208102151 U(45)授权公告日 2018.11.16
(21)申请号 201820584080.3(22)申请日 2018.04.24
(73)专利权人 西北工业大学
地址 710072 陕西省西安市友谊西路127号(72)发明人 卢慧甍 郭伟强 仓怀兴 施建宇
陈霖 李随城 何卓越 舒俊铭 (74)专利代理机构 西北工业大学专利中心
61204
代理人 陈星(51)Int.Cl.
B62D 57/02(2006.01)
权利要求书1页 说明书4页 附图2页
(54)实用新型名称
一种仿生蝗虫弹跳机器人
(57)摘要
本实用新型公开了一种仿生蝗虫弹跳机器人,由机体、调节减震机构、弹跳机构、驱动机构、半月板机构组成；调节减震机构位于机体前端部的两侧部位，弹跳机构固连在机体下部后端的两侧，半月板机构安装在机体的下端，驱动机构固定在机体内部。调节减震机构在起跳前根据不同的环境自主设定调节身体角度，使其在最优的角度起跳，能提高弹跳的稳定性以及弹跳效率，并且在前腿的末端安装上簧片使机器人在落地时，能起到缓冲以及减震作用。半月板机构使得机器人在弹跳时具有爆发力，从而提高弹跳性能。弹跳机器人结构简单，根据仿生学原理，实现仿蝗虫的跳跃运动，实现平稳起跳以及缓冲落地，并可通过远程遥控在复杂环境下完成任务。
CN 208102151 UCN 208102151 U
权 利 要 求 书
1/1页
1.一种仿生蝗虫弹跳机器人，其特征在于:包括机体、调节减震机构、弹跳机构、驱动机构、半月板机构，所述调节减震机构包括减速电机、输入锥齿轮、锥齿轮轴、输出锥齿轮、前腿和弹簧片，调节减震机构安装在机体前端的两侧部，所述减速电机安装在机体上，输入锥齿轮与减速电机输出轴固连，输出锥齿轮固定在锥齿轮轴上，减速电机上的输入锥齿轮与锥齿轮轴上的输出锥齿轮啮合传动，带动锥齿轮轴转动，锥齿轮轴安装在机体上，锥齿轮轴两端位于机体两侧分别插入前腿上的孔内与锥齿轮轴连接，前腿的末端安装有弹簧片；
所述弹跳机构包括大腿、小腿、拉簧、第一连杆、第二连杆、第三连杆、拉簧绞线、卷线轮绞线和防滑套，弹跳机构固连在机体下部后端的两侧，所述大腿固定在机体上，所述拉簧一端固定在大腿一端的孔内，另一端通过拉簧绞线穿过大腿凸台上的拉孔连接到小腿前端的拉孔内，机体两侧的小腿通过第一连杆固定在机体上，第二连杆、第三连杆分别连接在两侧小腿上，小腿末端装有防滑套，小腿末端有钻孔，并通过钻孔用卷线轮绞线把小腿末端连接到卷线轮上；
所述半月板机构包括方形扭簧和第二连杆，半月板机构位于机体的下端，方形扭簧两端固定在机体上，第二连杆固定在两侧小腿上；
所述驱动机构包括驱动电机、一级输入锥齿轮、一级齿轮轴、二级齿轮轴、三级齿轮轴、一级输出锥齿轮、卷线轮、二级输入齿轮、二级输出齿轮、三级输入齿轮、三级输出齿轮、蜗杆和挂钩，驱动机构固定安装在机体内部,所述驱动电机固定在机体上，一级输入锥齿轮与驱动电机输出轴固连，一级输出锥齿轮固定在一级齿轮轴上，并与驱动电机输出轴上的锥形齿轮啮合，所述二级输入齿轮与一级输出锥齿轮固定在同一齿轮轴上，所述的二级输出齿轮与三级输入齿轮为双层齿轮并固定在二级齿轮轴上，所述三级输出齿轮固定在三级齿轮轴上，并与所述的蜗杆啮合，所述蜗杆一端固定在机体上，另一端与挂钩铰接，挂钩的中间位置钻孔，通过孔与机体铰接，挂钩可在机体上转动，机体内安装有控制电路和电源，两侧小腿通过留孔用绞线连接驱动机构，电源与控制电路相连控制驱动机构及调节减震机构。
2.根据权利要求1所述的仿生蝗虫弹跳机器人，其特征在于:所述大腿与所述小腿长度比例为1:1，大腿与小腿之间弯曲角度为0～120°。
3.根据权利要求1所述的仿生蝗虫弹跳机器人，其特征在于:所述小腿末端装有防滑套。
2
CN 208102151 U
说 明 书
一种仿生蝗虫弹跳机器人
1/4页
技术领域
[0001]本实用新型涉及涉及仿生机器人技术领域，具体地说，涉及一种仿生蝗虫弹跳机器人。
背景技术
[0002]随着科学技术的发展，机器人越来越成为人们关注的焦点，国内外不断涌现出不同功能、特点的机器人。对于弹跳机器人，虽然研究时间不短，但从国内外来看尚处于研究阶段，国内也只有少数科研单位和高校开展相关课题的研究。
[0003]最早的弹跳机器人由Raibert于1980年在麻省理工学院实验室研制的三维单足弹跳机器人，该机器人有一个沿腿部方向的平移自由度与一个腿部与躯体之间的旋转自由度。卡耐基梅隆大学的Garth Zeglin和Ben Brown等人研制了弓形单足连续型弹跳机器人，机构都用弹性杆储能，用绳索拉近弹性杆，起跳拉紧，落地时松开，实现机构连续弹跳。早期的机器人要按照固定的运动规律才能达到平衡，并需要大量外围设备作支撑。[0004]在之后的发展中，研究人员开始研制能够起跳、落地、再次起跳的弹跳机器人。美国国家航空航天局(NASA)下属的喷气动力实验室(JPL)研制了系列弹跳机，第一代弹跳机由线性弹簧储能，由释放机构触发弹跳运动，可以实现间歇式跳跃运动，但能量利用率低；第二代弹跳机采用六杆储能机构，依靠电机驱动齿轮箱转动，带动凸轮转动，凸轮压缩扭簧实现弹跳，但机构弹簧蓄能较小，并且起跳姿态也不能控制。[0005]中国专利CN2016105833.5公开了“一种微电机驱动四杆直线仿生跳跃机构”；该仿生跳跃机构由机架、微电机、齿轮减速箱以及直线四杆组成，其利用不完全齿轮拉动四杆,从而拉动弹簧，使弹簧积蓄能量，当不完全齿轮啮合到无齿部分，弹性势能转换为重力势能，实现弹跳。该仿生跳跃机构通过齿轮驱动连杆,从而拉动弹簧使得能量利用率不高，并且不能实现起跳角度的调节，应用范围较小。蝗虫具有极好的跳跃性，并且能够准确控制弹跳过程的姿态和路径，躲避障碍危险，提高了生存能力。因此把蝗虫作为仿生的对象，可以研制出性能更优越的弹跳机器人。此外，仿生蝗虫弹跳机器人具有优越的越障能力，不仅可以应用在特殊环境下，如在抢险救灾中进行现场搜救，外星球地面探索，还可应用到沼泽滩涂地带。仿生蝗虫弹跳机器人具有广泛的应用前景和重要价值。实用新型内容
[0006]为了避免现有技术存在的不足，本实用新型提出一种仿生蝗虫弹跳机器人，该弹跳机器人根据不同的环境自主设定起跳角度，实现平稳起跳以及缓冲落地，从而实现符合要求的跳跃距离和高度；弹跳机器人结构简单,并可通过远程遥控在复杂环境下完成任务。[0007]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:包括机体、调节减震机构、弹跳机构、驱动机构、半月板机构，所述调节减震机构包括减速电机、输入锥齿轮、锥齿轮轴、输出锥齿轮、前腿和弹簧片，调节减震机构安装在机体前端的两侧部，所述减速电机安装在机体上，输入锥齿轮与减速电机输出轴固连，输出锥齿轮固定在锥齿轮轴上，减速电机上的输
3
CN 208102151 U
说 明 书
2/4页
入锥齿轮与锥齿轮轴上的输出锥齿轮啮合传动，带动锥齿轮轴转动，锥齿轮轴安装在机体上，锥齿轮轴两端位于机体两侧分别插入前腿上的孔内与锥齿轮轴连接，前腿的末端安装有弹簧片；
[0008]所述弹跳机构包括大腿、小腿、拉簧、第一连杆、第二连杆、第三连杆、拉簧绞线、卷线轮绞线和防滑套，弹跳机构固连在机体下部后端的两侧，所述大腿固定在机体上，所述拉簧一端固定在大腿一端的孔内，另一端通过拉簧绞线穿过大腿凸台上的拉孔连接到小腿前端的拉孔内，机体两侧的小腿通过第一连杆固定在机体上，第二连杆、第三连杆分别连接在两侧小腿上，小腿末端装有防滑套，小腿末端有钻孔，并通过钻孔用卷线轮绞线把小腿末端连接到卷线轮上；
[0009]所述半月板机构包括方形扭簧和第二连杆，半月板机构位于机体的下端，方形扭簧两端固定在机体上，第二连杆固定在两侧小腿上；[0010]所述驱动机构包括驱动电机、一级输入锥齿轮、一级齿轮轴、二级齿轮轴、三级齿轮轴、一级输出锥齿轮、卷线轮、二级输入齿轮、二级输出齿轮、三级输入齿轮、三级输出齿轮、蜗杆和挂钩，驱动机构固定安装在机体内部,所述驱动电机固定在机体上，一级输入锥齿轮与驱动电机输出轴固连，一级输出锥齿轮固定在一级齿轮轴上，并与驱动电机输出轴上的锥形齿轮啮合，所述二级输入齿轮与一级输出锥齿轮固定在同一齿轮轴上，所述的二级输出齿轮与三级输入齿轮为双层齿轮并固定在二级齿轮轴上，所述三级输出齿轮固定在三级齿轮轴上，并与所述的蜗杆啮合，所述蜗杆一端固定在机体上，另一端与挂钩铰接，挂钩的中间位置钻孔，通过孔与机体铰接，挂钩可在机体上转动，机体内安装有控制电路和电源，两侧小腿通过留孔用绞线连接驱动机构，电源与控制电路相连控制驱动机构及调节减震机构。
[0011]所述大腿与所述小腿长度比例为1:1，大腿与小腿之间弯曲角度为0～120°。[0012]所述小腿末端装有防滑套。[0013]有益效果
[0014]本实用新型提出的一种仿生蝗虫弹跳机器人,由机体、调节减震机构、弹跳机构、驱动机构、半月板机构组成；调节减震机构位于机体前端部的两侧部，弹跳机构固连在机体下部后端的两侧，半月板机构安装在机体的下端，驱动机构固定在机体内部。调节减震机构在起跳前根据不同的环境自主设定调节身体角度，使其在最优的角度起跳，能提高弹跳的稳定性以及弹跳效率，并且在前腿的末端安装上簧片使机器人在落地时，能起到缓冲以及减震作用。半月板机构使得机器人在弹跳时具有爆发力，从而提高弹跳性能。弹跳机器人结构简单，根据仿生学原理，实现仿蝗虫的跳跃运动，实现平稳起跳以及缓冲落地，并可通过远程遥控在复杂环境下完成任务。
附图说明
[0015]下面结合附图和实施方式对本实用新型一种仿生蝗虫弹跳机器人作进一步详细说明。
[0016]图1为本实用新型仿生蝗虫弹跳机器人示意图。
[0017]图2为本实用新型仿生蝗虫弹跳机器人的内部结构示意图。[0018]图3为图2局部A示意图。
4
CN 208102151 U[0019]
说 明 书
3/4页
图4为本实用新型仿生蝗虫弹跳机器人的方形扭簧示意图。
[0020]图中
[0021]1.减速电机2.输入锥齿轮3.输出锥齿轮4.锥齿轮轴5.机体6.前腿7.弹簧片8.大腿9.小腿10.拉簧11.拉簧绞线12.第一连杆13.第二连杆14.第三连杆15.防滑套16.卷线轮绞线17.控制电路18.电源19.锥形凸台20.一级输入锥齿轮21.驱动电机22.一级齿轮轴23.一级输出锥齿轮24.卷线轮25.二级输入齿轮26.二级齿轮轴27.二级输出齿轮28.三级输入齿轮29.三级齿轮轴30.三级输出齿轮31.蜗杆32.挂钩33.方形扭簧
具体实施方式
[0022]本实施例是一种仿生蝗虫弹跳机器人。[0023]参阅图1～图4，本实施例仿生蝗虫弹跳机器人,由机体、调节减震机构、弹跳机构、驱动机构、半月板机构组成，调节减震机构位于机体前端部的两侧部位，弹跳机构固连在机体下部后端的两侧，半月板机构安装在机体的下端，驱动机构固定安装在机体内部；其中,调节减震机构包括减速电机1、输入锥齿轮2、锥齿轮轴4、输出锥齿轮3、前腿6和弹簧片7；减速电机安装在机体上，输入锥齿轮1与减速电机1输出轴固定连接，输出锥齿轮3固定在锥齿轮轴4上，减速电机上的输入锥齿轮1与锥齿轮轴4上的输出锥齿轮3啮合传动，带动锥齿轮轴4转动。锥齿轮轴4安装在机体5上，锥齿轮轴4两端位于机体两侧分别插入前腿6上的小孔内；前腿6与锥齿轮轴4固连，前腿的末端安装有弹簧片7。弹跳机构包括大腿8、小腿9、拉簧10、第一连杆12、第二连杆13、第三连杆14、拉簧绞线11、卷线轮绞线16防滑套15，大腿8固定在机体上，拉簧10一端固定在大腿一端的孔内，另一端通过绞线11穿过大腿凸台上的拉孔并连接到小腿前端的拉孔内，大腿与小腿通过连杆铰接在一起。机体两侧的小腿9用第一连杆12固定在机体上，第二连杆13、第三连杆14分别连接在两侧小腿上，小腿末端装上防滑套15，小腿9末端钻孔，通过这个孔用卷线轮绞线16把小腿末端连接到卷线轮24上。半月板机构包括方形扭簧33和第二连杆13，方形扭簧两端固定在机体上，第二连杆13固定在两侧小腿上。
[0024]本实施例中,驱动机构包括驱动电机21、一级输入锥齿轮20、一级齿轮轴22、二级齿轮轴26、三级齿轮轴29、一级输出锥齿轮23、卷线轮24、二级输入齿轮25、二级输出齿轮27、三级输入齿轮28、三级输出齿轮30、蜗杆31和挂钩32；驱动电机21固定在机体上，一级输入锥齿轮20固定在驱动电机的输出轴上，一级输出锥齿轮23固定在一级齿轮轴22上，并与驱动电机输出轴上的锥形齿轮20啮合。二级输入齿轮25与一级输出锥形齿轮23固定在同一齿轮轴22上，二级输出齿轮27与三级输入齿轮28为双层齿轮结构，二级输出齿轮27与三级输入齿轮28固定在二级齿轮轴26上，三级输出齿轮30固定在三级齿轮轴29上，并与所述的蜗杆31啮合。蜗杆31一端固定在机体上，蜗杆31另一端与挂钩32铰接，挂钩32的中间位置钻孔，通过孔与机体铰接在一起，使挂钩可以在机体上转动。在机体内安装控制电路17和电源18，两侧小腿通过留孔用绞线连接驱动机构，电源18与控制电路17相连控制驱动机构以及调节减震机构。[0025]工作过程
[0026]首先把机器人放置在工作环境中，通过控制系统控制驱动电机21运转，驱动电机21带动电机输出轴上的一级输入锥齿轮20转动，一级输入锥齿轮20带动一级输出锥齿轮23
5
CN 208102151 U
说 明 书
4/4页
转动，通过一级齿轮轴22使二级输入齿轮25转动，此时，一方面一级齿轮轴22的转动带动两端的卷线轮24转动，卷线轮拉动卷线轮绞线16使小腿9向机体压缩，从而使拉簧10拉伸储存弹性能量，并且小腿9的压缩使得第二连杆13压缩方形扭簧33，从而使方形扭簧33存储一部分弹性能量；另一方面二级输入齿轮25与二级输出齿轮27啮合，从而使三级输入齿轮28转动，三级输入齿轮28带动三级输出齿轮30转动，三级输出齿轮30与蜗杆31啮合，蜗杆31推动挂钩32，使得挂钩的弧形端推向机体，从而卡住第三连杆14，此时，遥控发送指令，指令通过控制系统传输到调节减震机构的减速电机1上，减速电机转动带动电机输出轴上的输入锥齿轮2转动，输入锥齿轮2带动输出锥齿轮3转动，从而带动锥齿轮轴4转动，锥齿轮轴4转动使得与它固结一体的前腿6开始转动，从而调整机器人身体角度，在达到机器人弹跳角度后，通过控制系统使驱动电机21反转，并通过齿轮传动释放卷线轮上的卷线，同时通过齿轮传动使蜗杆拉动挂钩，在卷线释放完之后，小腿从固定位置脱离出来，在方形扭簧的作用下，瞬间释放能量。
6
CN 208102151 U
说 明 书 附 图
1/2页
图1
图2
7
CN 208102151 U
说 明 书 附 图
2/2页
图3
图4
8
