[發明專利]儲能可調的齒輪-五桿仿生彈跳機構

有效

• 申請號: 200910023297.2
• 申請日: 2009-07-10
• 公開（公告）號: CN101941477A
• 公開（公告）日: 2011-01-12
• 發明（設計）人: 葛文杰;柴輝;楊方;劉亦洋;魏敦文;陳曉紅
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B62D57/02
• 分類號: B62D57/02
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

一、技術領域

本發明涉及的是一種彈跳機構，具體地說是一種儲能可調的齒輪-五桿仿生彈跳機構。

二、背景技術

輪式移動以及仿生爬行或步行方式的機器人在有障礙的復雜環境下，如星際探索、救援、軍事偵察以及反恐等領域中通常無法滿足實際需要，而仿生彈跳機器人可以越過數倍甚至數十倍于自身尺寸的障礙物，特別適合于有障礙物的復雜環境。此外在星際探索中，如月球表面的重力加速度大約只有地球表面的1/6，彈跳機器人可充分利用這一特點，完成高效的運動，其在現實生活及科學研究中均有廣闊的應用前景。

國外，美國國家航空宇航局與加利福尼亞技術學院聯合研制了仿蛙形間歇彈跳機器人，采用對稱齒輪-六桿機構和彈簧分別作為彈跳和能量儲能裝置；日本東京大學設計了一種采用線性彈簧和相互垂直的驅動器作為彈跳裝置的彈跳機器人；加拿大航天局設計了一種柱剪式彈跳機器人，該機器人利用形狀記憶合金進行儲能。國內，南京航空航天大學對各種彈跳方案進行了系統研究，并采用線性彈簧彈跳機構和對稱六桿彈跳機構研制了兩種樣機；哈爾濱工業大學和哈爾濱工程大學分別采用五桿和四桿作為機器人的彈跳機構，后者將四桿彈跳機構運用到仿蝗蟲彈跳機器人中，已獲國家專利(CN?101058036A)；西北工業大學在開鏈式仿袋鼠彈跳機器人方面進行了大量的理論研究。以上發明或研究的彈跳機器人，在每次彈跳過程中，彈性儲能元件的初始狀態相同，并且儲能元件在每次儲能結束時的形變量也相同，所以這些發明或研究均存在儲能大小不可調的問題。

三、發明內容

為克服現有技術中存在的儲能大小不可調的缺陷，本發明提出了一種儲能可調的仿生彈跳機構。

為實現上述目的，本發明采用桿長可調的齒輪-五桿閉鏈形式，包括姿態調整機構、能量存儲機構和鎖定-釋放機構，分別實現姿態調整，能量儲存和控制起跳的功能。

姿態調整機構包括伺服電機、姿態調整舵機、絲杠、復位彈簧擋塊、復位彈簧、深溝球軸承、埋頭螺釘、曲柄、搖桿、大錐齒輪和小錐齒輪、傳動軸、軸承和一對直齒圓柱齒輪。伺服電機固定安裝在軀干一端的端頭，并且伺服電機的輸出軸軸線平行于軀干的中軸線；伺服電機輸出軸經聯軸器與絲杠連接；絲杠與聯軸器連接端為無螺紋的光杠段，其長度為絲杠長度的1/2；絲杠光杠段的外圓表面上加工有與其軸線平行的導向鍵槽；絲杠的另一半為螺紋段，螺紋段的端頭與軀干有軸承支座安裝孔一端的端頭對齊；從絲杠的光杠端至螺紋端，依次套裝有復位彈簧擋塊、復位彈簧、小錐齒輪、絲杠光杠段軸承、螺母和絲杠螺紋段軸承。

曲柄、搖桿、小錐齒輪、深溝球軸承和絲杠的光杠段共同組成曲柄-滑塊機構，通過曲柄-滑塊機構帶動小錐齒輪沿絲杠移動，實現小錐齒輪與大錐齒輪的嚙合及分離。小錐齒輪連接套上的螺紋孔垂直于小錐齒輪的軸線，并貫通小錐齒輪連接套的殼體；埋頭螺釘貫通小錐齒輪的螺紋孔，伸入到光杠段的導向鍵槽內，并可在導向鍵槽內滑動。小錐齒輪連接套外表面以過盈配合的方式與深溝球軸承內圈固連；深溝球軸承外圈與搖桿轉軸的一端固連；搖桿轉軸的另一端和搖桿輸出端鉸接。搖桿的輸入端與位于搖桿上方的曲柄的輸出端鉸接；曲柄的輸入端與位于曲柄上方、與軀干相垂直的姿態調整舵機的輸出軸相連。姿態調整舵機通過舵機支座與軀干固連。

能量儲存機構主要包括軀干、伺服電機、聯軸器、絲杠、螺母，大腿，小腿，支撐腿、腳平板，支撐腿轉軸，大腿轉軸，小腿轉軸，支撐腿不完全齒輪轉軸，小腿不完全齒輪轉軸和儲能彈簧。支撐腿不完全齒輪轉軸和小腿不完全齒輪轉軸分別固定安裝在位于腳板一端的兩個支座上，并通過支撐腿不完全齒輪和小腿不完全齒輪的鉸接孔，分別與支撐腿和小腿的鉸接；大腿轉軸固定在軀干下方并與傳動軸平行，其軸線和傳動軸的軸線所確定的平面垂直于軀干。大腿與大腿轉軸在大腿靠近軀干的一端鉸接。大腿和小腿通過小腿轉軸連接。螺母位于軀干的螺母導向槽內，并且兩者之間滑動配合；支撐軸穿過支承軸孔，以過盈配合的方式與螺母固連，將螺母支撐在軀干平板上。支撐軸的兩端以過盈方式安裝有滾動軸承。支撐軸通過滾動軸承沿軀干運動，以減小支撐軸與軀干之間的摩擦。

支撐腿轉軸位于軀干下方，穿過螺母上的鉸接孔，并且支撐腿轉軸的中部與鉸接孔過盈配合；支撐腿轉軸的兩端分別與支撐腿遠離支撐腿齒輪一端的鉸接孔鉸接。在軀干上通過安裝孔安裝有機器人的電控裝置，該電控裝置位于螺母和絲杠光杠段軸承之間。儲能彈簧的兩端分別固定在位于支撐腿一端的支撐腿轉軸和小腿一端的小腿轉軸上。