一種內(nèi)燃機驅(qū)動的仿生跳躍機器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及仿生跳躍機器人領(lǐng)域，具體地說，涉及一種內(nèi)燃機驅(qū)動的仿袋鼠腿式跳躍機器人。
【背景技術(shù)】
[0002]復(fù)雜工作環(huán)境下的行進機器人均需解決如何提高地形適應(yīng)能力的問題。輪式及履帶式機器人無法越過溝壑及障礙物；步行及爬行機器人不僅運動緩慢越障能力差，而且自由度多控制復(fù)雜；跳躍機器人的立足點不必是連續(xù)的，可在能夠到達的區(qū)域內(nèi)選擇最優(yōu)支撐點，對于有土石障礙、溝壑、地面松軟的情況下均能夠工作，地形環(huán)境適應(yīng)能力強。在野外探險和軍事活動中，跳躍運動的突然性與爆發(fā)性有助于躲避危險，在完成危險任務(wù)時更加靈活，因此在反恐、搶險救災(zāi)諸多領(lǐng)域，跳躍機器人具有很大的潛力。
[0003]目前，行進機器人多采用電機驅(qū)動，但同等重量下電機功率較低，動力不足，且電池供電時間有限，難以直接提供瞬間的爆發(fā)力，不適合載人負重行進。液壓驅(qū)動機器人或液壓驅(qū)動行進裝置輸出功率大，能夠?qū)崿F(xiàn)大負載行進；例如美國波士頓公司為軍方研制的負重運輸機器人“Big Dog”，可承載40Kg負重攀越35deg的斜坡，以5.3km/h的速度行走；“LS3”可搭載180kg重物連續(xù)行走32km ;“Wildcat”機器人能夠以30km/h在平緩路面飛奔和跳躍，但是液壓驅(qū)動的缺點在于自身重量大，液壓裝置復(fù)雜，配套裝置多，反應(yīng)時間長，執(zhí)行速度慢，不適合提供瞬間爆發(fā)力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了避免現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，克服其越障能力差、能量利用率低，難以實現(xiàn)載人負重行進、仿生性能差的問題，本發(fā)明提出一種內(nèi)燃機驅(qū)動的仿生跳躍機器人，該機器人依靠機構(gòu)實現(xiàn)力特性變換，仿生程度高，動力充足，地形環(huán)境適應(yīng)能力強。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:包括傳動機構(gòu)、跳躍機構(gòu)、控制裝置、內(nèi)燃機、蝸輪蝸桿箱、油箱、車前架、車后架、載物板，車前架和車后架分別與蝸輪蝸桿箱固連，內(nèi)燃機固定在車前架的上面，載物板與車后架固連，油箱安裝在載物板上；
[0006]所述傳動機構(gòu)包括小帶輪、同步帶、大帶輪、蝸桿、蝸輪、蝸輪花鍵軸、曲柄、齒條、第一齒輪、齒條擋板、調(diào)節(jié)螺栓，小帶輪與內(nèi)燃機輸出軸固連，大帶輪與控制裝置的電磁離合器高速端連接，電磁離合器低速端與蝸桿固連，大帶輪與小帶輪通過同步帶相連；蝸輪與蝸輪花鍵軸固連，曲柄連接在蝸輪花鍵軸上，齒條一端通過調(diào)節(jié)螺栓與曲柄鉸接，曲柄上有多個孔位，調(diào)節(jié)螺栓與曲柄上不同孔位配合調(diào)節(jié)曲柄長度，齒條與第一齒輪嚙合，第一齒輪與前髖關(guān)節(jié)軸固連，兩齒條擋板分別位于第一齒輪兩側(cè)；
[0007]所述跳躍機構(gòu)包括前髖關(guān)節(jié)軸、大腿、前膝關(guān)節(jié)軸、小腿、踝關(guān)節(jié)軸、后髖關(guān)節(jié)軸、跳躍輔助架、后膝關(guān)節(jié)軸、腳掌、彈簧安裝桿、安裝桿轉(zhuǎn)軸、彈簧安裝軸、彈簧、第二齒輪、齒輪桿，齒輪桿與后髖關(guān)節(jié)軸鉸接，第一齒輪與前髖關(guān)節(jié)軸連接，兩條大腿位于前髖關(guān)節(jié)軸兩端，相對于第二齒輪對稱安裝，大腿、第一齒輪與第二齒輪同步轉(zhuǎn)動；腳掌采用多片弧形板疊加在腳骨架上，腳骨架固連在跳躍輔助架兩側(cè)；小腿一端通過前膝關(guān)節(jié)軸與大腿鉸接，小腿另一端通過踝關(guān)節(jié)軸與跳躍輔助架鉸接；跳躍輔助架與齒輪桿通過后膝關(guān)節(jié)軸鉸接；齒輪桿與第二齒輪嚙合，彈簧安裝軸連接在彈簧安裝桿上，彈簧安裝桿與跳躍輔助架通過安裝桿轉(zhuǎn)軸鉸接，并通過定位銷調(diào)節(jié)與跳躍輔助架的角度；
[0008]所述控制裝置包括舵機、舵機控制儀、控制電路板、電磁離合器，電磁離合器位于車前架的下面，舵機固定在內(nèi)燃機側(cè)端，舵機控制儀、控制電路板分別安裝在載物板上。
[0009]機架、大腿、小腿、跳躍輔助架、齒輪桿長度比例為1:0.6:1.2:0.5:0.8。
[0010]有益效果
[0011]本發(fā)明提出的一種內(nèi)燃機驅(qū)動的仿生跳躍機器人，采用內(nèi)燃機驅(qū)動，克服了動力不足的問題，輸出功率大，滿足對載人負重行進裝置動力的要求。通過控制電磁離合器控制蝸桿正反轉(zhuǎn)，經(jīng)過傳動裝置控制跳躍機構(gòu)的收縮與伸展；采用閉鏈齒輪五桿機構(gòu)模仿生物開鏈的骨架，實現(xiàn)力特性變換，模仿袋鼠跳躍運動特性跳躍行進，具有較強的瞬間爆發(fā)力和良好的跳躍性能，對地形環(huán)境適應(yīng)能力強；通過研究袋鼠跳躍機理模仿袋鼠跳躍特點，優(yōu)化傳動機構(gòu)、跳躍機構(gòu)尺寸，并增加緩沖儲能裝置，較大幅度提高了機器人連續(xù)跳躍的能量利用率；優(yōu)化機器人結(jié)構(gòu)布置，將齒輪五桿大齒輪設(shè)計成弧形齒輪減輕質(zhì)量，并與輔助桿加工成一體結(jié)構(gòu)，縮小空間提高整體強度，整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好；彈簧安裝桿與跳躍輔助架角度可調(diào)，改變機構(gòu)力學(xué)變換性能；曲柄長度可調(diào)，用以調(diào)節(jié)跳躍機構(gòu)伸展增加速度，調(diào)節(jié)跳躍爆發(fā)力和速度；蝸輪軸采用漸開線花鍵軸，改善其較小空間平鍵連接強度不足的問題，提高了裝配對中性；腳掌采用多片弧形板疊加方式變?yōu)槿嵝阅_掌，腳掌韌性和緩沖吸振能力大幅提高；機器人充分模仿袋鼠跳躍整體質(zhì)心不高但越障能力很強的機理，通過優(yōu)化采用起跳后腳掌迅速后擺的方式，實現(xiàn)腳掌離地距離較高，越障性能很好。內(nèi)燃機驅(qū)動的仿生跳躍機器人用于載人負重運輸，具有快速前進能力、良好的機動性能和環(huán)境適應(yīng)能力。
【附圖說明】
[0012]下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明一種內(nèi)燃機驅(qū)動的仿生跳躍機器人作進一步詳細說明。
[0013]圖1為本發(fā)明內(nèi)燃機驅(qū)動的仿生跳躍機器人軸測圖。
[0014]圖2為本發(fā)明內(nèi)燃機驅(qū)動的仿生跳躍機器人結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖3為本發(fā)明跳躍機器人的傳動機構(gòu)與跳躍機構(gòu)示意圖。
[0016]圖4為本發(fā)明跳躍機器人的傳動機構(gòu)與跳躍機構(gòu)俯視圖。
[0017]圖5為本發(fā)明跳躍機器人起跳狀態(tài)示意圖。
[0018]圖6為本發(fā)明跳躍機器人騰空越障狀態(tài)示意圖。
[0019]圖7為本發(fā)明跳躍機器人著地狀態(tài)示意圖。
[0020]圖中:
[0021]1.內(nèi)燃機2.曲柄3.蝸輪蝸桿箱4.齒條5.車后架6.第一齒輪7.大腿8.油箱9.舵機控制儀10.載物板11.齒輪桿12.彈簧13.彈簧安裝軸14.彈簧安裝桿15.安裝桿轉(zhuǎn)軸16.跳躍輔助架17.小腿桿18.腳掌19.電磁離合器20.車前架21.大帶輪22.同步帶23.小帶輪24.第二齒輪25.舵機26.控制電路板27.蝸桿28.蝸輪29.蝸輪花鍵軸30.前髖關(guān)節(jié)軸31.前膝關(guān)節(jié)軸32.后髖關(guān)節(jié)軸33.踝關(guān)節(jié)軸34.齒條擋板35.后膝關(guān)節(jié)軸36.調(diào)節(jié)螺栓
【具體實施方式】
[0022]本實施例是一種內(nèi)燃機驅(qū)動的仿生跳躍機器人。
[0023]參閱圖1?圖4，本實施例跳躍機器人采用閉鏈齒輪五桿機構(gòu)模仿生物開鏈的骨架，實現(xiàn)力特性變換，模仿袋鼠跳躍運動特性優(yōu)化傳動機構(gòu)、跳躍機構(gòu)尺寸；跳躍機構(gòu)的尺寸:機架、大腿、小腿、跳躍輔助架、齒輪桿長度比例為1:0.6:1.2:0.5:0.8。模仿袋鼠跳躍整體質(zhì)心不高，但越障能力很強的機理，優(yōu)化采用起跳后腳掌迅速后擺的方式實現(xiàn)腳掌離地距1?很尚，提尚越障性能。
[0024]跳躍機器人由傳動機構(gòu)、跳躍機構(gòu)、控制裝置、內(nèi)燃機1、蝸輪蝸桿箱3、油箱8、車前架20、車后架5、載物板10組成；車前架20和車后架5分別與蝸輪蝸桿箱3通過螺栓固定連接，內(nèi)燃機I為主動力源，內(nèi)燃機I固定安裝在車前架20的上面，載物板10與車后架5固定連接，油箱8安裝在載物板10上；車前架20、蝸輪蝸桿箱3、車后架5、載物板10組成機架與其它機構(gòu)及裝置連接形成整體結(jié)構(gòu)。傳動機構(gòu)和跳躍機構(gòu)連結(jié)在車后架5上。
[0025]傳動機構(gòu)包括小帶輪23、同步帶22、大帶輪21、蝸桿27、蝸輪28、蝸輪花鍵軸29、曲柄2、齒條4、第一齒輪6、齒條擋板34、調(diào)節(jié)螺栓36，小帶輪23與內(nèi)燃機I輸出軸固定連接，大帶輪21與控制裝置的電磁離合器19高速端連接，電磁離合器低速端與蝸桿27固連，大帶輪21與小帶輪23通過同步帶22