[發明專利]一種基于能量嚙合轉換的跳躍機器人彈跳機構

有效

• 申請號: 201910648496.6
• 申請日: 2019-07-18
• 公開（公告）號: CN110304166B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 王建;繆龍;王保升
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: B62D57/02
• 分類號: B62D57/02
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 劉佳慧

本發明公開了一種基于能量嚙合轉換的跳躍機器人彈跳機構，包括主體支架和能量轉換機構；能量轉換機構包括驅動電機、傳動單元和兩組能量轉換彈跳單元；兩個能量轉換彈跳單元分別位于主體支架外的兩側；能量轉換彈跳單元包括主動非圓齒輪、從動非圓齒輪、圓齒輪、齒條、彈性組件和腳掌；從動非圓齒輪與主動非圓齒輪嚙合；圓齒輪與從動非圓齒輪同軸設置；齒條的下端固定在腳掌上；圓齒輪與齒條嚙合；彈性組件的下端設置在腳掌上，彈性組件包括彈簧。本發明具有能量轉換效率高、電機利用率高、彈跳性能高等優點。

技術領域

本發明屬于機器人領域，涉及一種彈跳機構，尤其涉及一種基于能量嚙合轉換的跳躍機器人彈跳機構。

背景技術

跳躍機器人作為智能機器人發展的重要組成部分，具有機動性能強、移動速度快、越障能力強等優點，在搶險救災、軍事偵查、森林防護、外星探索、反恐防爆等不適合人類作業的領域具有良好的應用前景。

彈跳機構是決定跳躍機器人性能優劣的最基本要素，按照構建方法的不同，主要分為兩類。一類是仿生彈跳機構，即從自然界生物的跳躍動作中獲得啟發并進行仿造，如機械蟋蟀、機械跳蚤等。眾所周知，生物體的每一個運動功能都是在骨骼、肌肉、神經系統等多因素作用下實現的，其能量轉換效率高達100％，而現有的仿生彈跳機構大多為剛性結構，與生物的生理特性存在較大差異，因此其能量轉化效率和爆發力都無法與生物的真實肌肉系統相媲美。另一類是彈力彈跳機構，即利用簡單機構(如彈簧)產生彈力的彈跳機構。目前，在現有的彈力彈跳機構中，當線性彈簧尚未完全彈開，即彈性勢能尚未完全轉化為動能時，機構已經提前開始離開地面，造成能量轉換效率低。另外，電機最大輸出轉矩取決于彈簧最大限度壓縮時的彈力，因此電機輸出轉矩無需達到最大值，即電機利用率低。綜上可知，上述兩種彈跳機構存在的共性問題之一是能量轉換效率低的問題。因此，提高彈跳機構能量轉換效率，實現能量的高效存儲、釋放和必要的緩沖作用，對于提高跳躍性能、緩解落地沖擊具有重要的理論和現實意義，也是機器人領域亟需解決的關鍵技術之一。

發明內容

本發明提供一種基于能量嚙合轉換的跳躍機器人彈跳機構，以克服現有技術的缺陷。

為實現上述目的，本發明提供一種基于能量嚙合轉換的跳躍機器人彈跳機構，包括主體支架和能量轉換機構；能量轉換機構包括驅動電機、傳動單元和兩個能量轉換彈跳單元；驅動電機固定在主體支架內；兩個能量轉換彈跳單元分別位于主體支架外的兩側；能量轉換彈跳單元包括主動非圓齒輪、從動非圓齒輪、圓齒輪、齒條、彈性組件和腳掌；從動非圓齒輪與主動非圓齒輪嚙合；圓齒輪與從動非圓齒輪同軸設置，并隨其同步轉動；齒條呈倒U形，具有兩個直線段和上端的弧形段，齒條的下端固定在腳掌上；圓齒輪與齒條嚙合；彈性組件的下端設置在腳掌上，彈性組件包括彈簧；驅動電機通過傳動單元驅動兩個能量轉換彈跳單元的主動非圓齒輪轉動，主動非圓齒輪轉動帶動從動非圓齒輪轉動，圓齒輪隨從動非圓齒輪轉動、并在齒條的一個直線段上向下轉動，彈性組件的上端和主體支架隨之下移，彈簧被拉伸，儲存彈性能量。

進一步，本發明提供一種基于能量嚙合轉換的跳躍機器人彈跳機構，還可以具有這樣的特征：其中，主動非圓齒輪的齒輪節曲線，按順時針方向，由主動增速段、主動等速段和主動減速段三段曲線依次首尾順滑相接構成；按順時針方向，主動增速段為漸縮曲線，主動等速段為等半徑曲線，主動減速段為漸擴曲線；從動非圓齒輪的齒輪節曲線，按順時針方向，由從動減速段、從動等速段和從動增速段三段曲線依次首尾順滑相接構成；按順時針方向，從動減速段為漸擴曲線，從動等速段為等半徑曲線，從動增速段為漸縮曲線。