[實用新型]一種仿生非腿式彈跳裝置

有效

• 申請號: 201720394442.8
• 申請日: 2017-04-16
• 公開（公告）號: CN206968816U
• 公開（公告）日: 2018-02-06
• 發明（設計）人: 龐業鵬;周世鵬;畢會仁;滿丁語;錢志輝
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B62D57/02
• 分類號: B62D57/02
• 代理公司: 長春市四環專利事務所(普通合伙)22103
• 代理人: 張建成

技術領域

本實用新型屬于機器人行走裝置，特別涉及一種非腿式彈跳裝置。

背景技術

目前機器人在多個領域應用非常廣泛，如農業、軍事、星際探索、野外科考、搶險救災等。為了使機器人具有較強的環境適應性，研究者們已經發展了足式、履帶式、輪式、蠕動式、蛇形式等不同行走方式的機器人，其中輪式和履帶式的機器人只能在相對平坦的地面上工作。且在特殊環境下或運動條件下，容易發生傾翻，多數無法進行有效調整，限制了其環境適應能力的拓展及作業效能。其他形式的機器人，如足式、蛇形機器人等，其自由度多和大量的關節驅動使得控制系統設計及算法復雜，面對較差的環境情況下仍無能為力。

而自然界的生物經歷了億萬年的進化，具備了卓越的環境適應能力與運動機制，如叩甲蟲。研究表明，當叩甲蟲傾翻時會通過快速收縮其背縱肌，使得其頭部和腹部分別與地面發生撞擊作用，之后，在地面反作用力的作用下，叩甲蟲會沿直線路徑彈向空中，從而獲得逃生機會。研究發現，在此運動過程中，叩甲蟲通過頭腹部緊緊收縮其連接處的楔形結構控制其彈跳的自由度，釋放能量時，其頭部、腹部轉動慣量的良好匹配、背部曲面的特殊形狀其及背部材料梯度分布特征均在其逃生彈跳過程中發揮著重要作用。

因此，基于提高機器人系統的耐傾翻技術需求，借鑒叩甲蟲的逃生彈跳原理，研制一種新型的非腿式彈跳裝置。

實用新型內容

本實用新型的目的是模仿叩甲蟲的彈跳方式獲取一種新型的非腿式彈跳裝置，用于提高機器人的性能。

本實用新型的技術方案如附圖所，一種仿生非腿式彈跳裝置，其特征在于包括有仿生頭部曲面、仿生腹部曲面、頭部載板及頭部電磁鐵、腹部載板及腹部電磁鐵、頭部蓄能裝置擋板和角度限位裝置，頭部載板、腹部載板和角度限位裝置通過一個活動鉸鏈連接，頭部蓄能裝置擋板固定在頭部載板上，腹部蓄能裝置擋板固定在腹部載板上，頭部蓄能裝置擋板和腹部蓄能裝置擋板之間連接一個拉簧，仿生頭部曲面固定在頭部載板上，仿生腹部曲面固定在腹部載板上，頭部電磁鐵和腹部電磁鐵分別通過螺釘固定在仿生頭部曲面和仿生腹部曲面上。

仿生頭部曲面和仿生腹部曲面為受地面作用力的曲面，頭部載板、腹部載板為整個裝置的搭載平面，故該裝置與頭部結構接觸的表面采用橡膠材料，從而在仿生彈跳裝置運動時有一定的彈性作用，可以吸收部分能量避免與頭部結構產生強烈的剛性碰撞。頭部電磁鐵和腹部電磁鐵在彈跳中起到了蓄能鎖合以及釋放的作用，蓄能時將頭部電磁鐵和腹部電磁鐵通電，拉簧逐漸被拉緊最終完成鎖定蓄能過程，需要彈跳時將電磁鐵斷電，蓄能裝置釋放能量，并結合仿生曲面-地面作用反力以及合理的頭腹部裝置轉動慣量的配合共同完成彈跳。

本實用新型的工作原理和過程是根據具有優良非腿式彈跳性能的叩甲蟲的運動方式和頭、腹部特殊曲面構型及其材料特征得到的啟示而提出的。基于叩甲蟲的頭部腹部的楔形閉合結構、背部材料梯度分布及背部構形特征，本實用新型將彈跳裝置設計為仿生頭部曲面、仿生背部曲面、角度限位裝置三個部分，頭腹部仿生曲面以及角度限位器表面都由具有一定的彈性特性的橡膠構成。在彈跳過程中蓄能裝置快速縮緊使頭部蓄能裝置擋板帶動頭部載板轉動，腹部載板和頭部載板共同撞擊地面以獲得地面的反作用力，地面對彈跳裝置的反作用力通過表面橡膠材料傳遞給仿生曲面最終作用于整個彈跳裝置。在頭部載板快速轉動時角度限位裝置控制著頭腹部載板的最小夾角，角度限位裝置在彈跳裝置中起到了控制彈跳方向的重要作用。

本實用新型實現了基于材料、結構和構形耦合的仿叩甲蟲非腿式彈跳運動，獲取了非常規彈跳新技術。本實用新型可以安裝在機器人上，用于調整機器人的運動，為機器人提供了一種新型的運動方式。電源可由機器人提供，根據不同形狀、體積、質量的機器人通過調整拉簧參數和轉動慣量比以調整彈跳高度和方向。

附圖說明

圖1為本實用新型結構示意圖。

圖2為本實用新型俯視圖。

圖3為本實用新型正視圖

圖中：1、螺釘孔，2、腹部載板，3、橡膠表面，4、仿生腹部曲面，5、活動鉸鏈，6、仿生頭部曲面，7、頭部載板，8、頭部蓄能裝置擋板，9、拉簧，10、角度限位裝置，11、螺釘，12、腹部蓄能裝置擋板，13、腹部電磁鐵，14、頭部電磁鐵，15、鐵板。

具體實施方式

頭部載板7與腹部載板2通過活動鉸鏈5聯接，頭部蓄能裝置擋板8和頭部載板7制成一體，腹部載板2上有數個螺釘孔1均勻排成一列，腹部蓄能裝置擋板12通過螺釘11緊固在螺釘孔1上，這些螺釘孔1配合腹部蓄能裝置擋板12的不同位置，使得整個腹部載板2的轉動慣量可調，角度限位裝置10固定在腹部載板2上，拉簧9兩端分別固定在頭部蓄能裝置擋板8和腹部蓄能裝置12擋板上。需要彈跳時給頭部電磁鐵14和腹部電磁鐵13通電，電磁鐵依靠磁力不斷拉伸拉簧9，最終吸在放置彈跳裝置的金屬板15上完成蓄能過程，斷開頭部電磁鐵14和腹部電磁鐵13的電源，拉簧9迅速收縮，釋放彈性能，導致頭部載板7和腹部載板2共同做快速回彈運動，角度限位裝置10將頭部載板7和腹部載板2的角度限制在120°～130°防止頭部載板7與腹部載板2發生碰撞，同時調控了其回彈的偏移角度，在頭部載板7與腹部載板2快速回彈運動時，仿生頭部曲面6和仿生腹部曲面4共同快速撞擊地面獲得地面的反作用力，由此完成一次非腿式彈跳運動。