專利名稱：一種燃氣驅動彈跳機構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種燃氣驅動彈跳機構，屬于驅動彈跳機構的技術領域。
背景技術：
根據運動方式的不同，地面移動機器人可分為兩類一類是輪履式，這是大多數地 面移動機器人的運動方式，如目前用于防爆、消防、戰場及星際探索用的移動機器人。輪式 驅動機器人具有較高的效率但地形適應性差，只能在相對平坦的地勢上運動，在未知或崎 嶇地形上其運動范圍將受到極大限制；履帶驅動機器人具有較好的爬行能力但其效率和靈 活性較低，只能翻越具體形狀或小尺寸的障礙，如樓梯等。另一類是爬行或步行方式，如機 器蛇、機器蟋蟀、仿人機器人等。步行或爬行驅動機器人地形適應性強，但大量的關節驅動 使得結構和控制復雜、效率低，且當障礙物數倍于自身尺寸時也很難順利翻越。彈跳機器人可解決傳統地面移動機器人在未知環境中機動性差，活動范圍受限的 問題。機器人可越過高度數倍于自身尺寸的障礙物，解決輪履、步行或爬行驅動機器人機動 性不強的問題，適合于機器人復雜地形運動的需要。此外，將彈跳與輪履或爬行等運動方式 相結合，發揮各自的優點。如機器人根據地形情況選擇合適的運動方式在遇到較大障礙物 時采用彈跳運動；在相對平坦地形采用輪式運動，發揮輪式運動能量消耗少、控制方便的優 點，節約機載能源，提高機器人的活動范圍。彈跳機器人可用于考古、野外勘察、戰場偵察、 搶險救災、星際探索等領域。彈跳機構是彈跳機器人的核心。目前彈跳機構能量來源主要是電能，這是目前大 多數彈跳機構所采用的能源方式，由電機(或電致驅動器)帶動傳動機構使彈性元件產生 變形，將電能轉換為彈性勢能，瞬間釋放轉換成彈跳機構的動能實現彈跳。由于需要傳動機 構，且其中一部分能量要用來克服電池、電機及傳動機構的重量，能源利用效率低，帶負載 能力差，難以支持機器人大范圍運動，同時廢舊電池處理還會帶來環境污染問題。為克服已有彈跳機構能量效率和能量密度低、帶負載能力差的缺點，本發明提供 了一種燃氣驅動式彈跳機構，具有體積小、可靠性高、廢氣排氣完全、帶負載能力強等優點， 適合于用作彈跳機器人的彈跳驅動。
發明內容
本發明目的是針對現有技術存在的缺陷以及機器人彈跳運動實現的需求提供一 種燃氣驅動彈跳機構。本發明為實現上述目的，采用如下技術方案本發明一種燃氣驅動彈跳機構，包括缸體活塞組、點火器、活塞復位彈簧和鎖緊 機構，其中缸體活塞組包括氣缸、活塞、防撞墊、鎖緊盤和擋圈，中空式活塞包括小活塞復位 彈簧、活塞桿、小活塞和導向套；活塞通孔的上下部分別設置擋圈，小活塞設置于活塞的通 孔內由擋圈隔擋，活塞通孔的下部擋圈與小活塞的下部通過小活塞復位彈簧連接，活塞桿 的下部與氣缸之間設置導向套，活塞的下部與氣缸的下部通過活塞復位彈簧連接，鎖緊機構的上半部分安裝在缸體的下部，鎖緊機構的下半部分安裝在鎖緊盤上，鎖緊盤與活塞桿 固連。優選地所述鎖緊機構為電磁鐵或永磁體。優選地，所述點火器采用火花塞或熱火頭點火。優選地，所述中空式活塞還包括密封裝置，小活塞的上部與活塞桿之間以及活塞 的上部與氣缸之間分別設置密封裝置。本發明采用內嵌雙活塞結構。將活塞桿做成中空結構，并內嵌一只小活塞。充氣 時，氣體壓力克服小活塞彈簧力使小活塞下行而將氣體充入，將活塞桿的內部空間用來作 為燃燒室，有效利用了彈跳機構的內部空間，減小彈跳機構體積。排氣時活塞在彈簧力作用 下將廢氣排除，比固定結構燃燒室排氣更徹底，有利于保證下一次充入的混合氣體成分。采 用磁力式鎖緊機構，磁鎖緊力有電磁鐵和永磁體兩種實現方式。磁力式鎖緊機構具有鎖緊 力大、鎖緊力隨位移增加衰減速度快的優點。較大的鎖緊力用于保證氣體充入壓力，鎖緊力 衰減速度快使功率損失減小，又能有利于活塞復位和排氣。燃氣驅動彈跳機構可用于彈跳 機器人的彈跳驅動，實現機器人的彈跳運動，使機器人能夠越過數倍于自身尺寸的障礙物， 具有較強的未知地形適應能力，機動能力強。
圖1為燃氣驅動彈跳機構。圖中名稱標號1為點火器，2為進氣口，3為排氣口，4為氣缸，5為活塞，6為密封 裝置，7為活塞復位彈簧，8為小活塞復位彈簧，9為活塞桿，10為小活塞，11為導向套，12為 鎖緊機構，13為防撞墊，14為鎖緊盤，15為擋圈。圖2為充入可燃氣體后彈跳機構的結構圖。圖3為點火后彈跳機構的結構圖。圖4為彈跳機構起跳后的結構圖。
具體實施例方式圖1為燃氣驅動彈跳機構。活塞桿9做成中空狀，并內嵌一只小活塞10，形成雙活 塞結構。活塞5與活塞桿9可為整體式或分體式。鎖緊機構12采用電磁鐵或永磁體實現， 上半部分安裝在缸體4上，下半部分安裝在鎖緊盤14上。鎖緊盤14與活塞桿9固連。圖2為充入可燃氣體后的機構結構圖。將可燃氣體由進氣口 2充入氣缸4，小活 塞10在氣體壓力的作用下克服彈簧8下移，使得活塞桿9的中空部位存儲可燃氣體，成為 燃燒室。這時由于鎖緊機構12的作用，活塞桿9不動，從而保證燃燒室內的充氣壓力。圖3為點火后的機構結構圖。點火后，氣體爆燃產生高壓高溫氣體，氣體壓力一方 面作用在活塞桿9上，使其壓緊地面，另一方面作用在氣缸4上，克服鎖緊機構鎖緊力、彈簧 力、摩擦力等阻力使缸體4產生向上的加速度和速度，氣缸4和活塞5之間產生相對運動， 復位彈簧7受到壓縮。圖4為彈跳后的機構結構圖。當到達行程終點時，氣缸4通過彈簧7帶動活塞5及 活塞桿9 一起向上，形成離地的彈跳運動。在此過程中，打開排氣口，使氣缸4內的廢氣排 出。活塞5在復位彈簧7作用下復位，當接近初始位置時，雖然彈簧7復位力減小，但由于
4鎖緊機構鎖緊力的增大，能使活塞5完全復位。小活塞10在復位彈簧8作用下復位，將活 塞桿內的廢氣排除，實現完全排氣，保證下一次充入氣體的成分。最終機構回到初始狀態。
權利要求
一種燃氣驅動彈跳機構，其特征在于，包括缸體活塞組、點火器(1)、活塞復位彈簧(7)和鎖緊機構(12)，其中缸體活塞組包括氣缸(4)、活塞(5)、防撞墊(13)、鎖緊盤(14)和擋圈(15)，中空式活塞(5)包括小活塞復位彈簧(8)、活塞桿(9)、小活塞(10)和導向套(11)；活塞(5)通孔的上下部分別設置擋圈(15)，小活塞(10)設置于活塞(5)的通孔內由擋圈(15)隔擋，活塞(5)通孔的下部擋圈(15)與小活塞(10)的下部通過小活塞復位彈簧(8)連接，活塞桿(9)的下部與氣缸(4)之間設置導向套(11)，活塞(5)的下部與氣缸(4)的下部通過活塞復位彈簧(7)連接，鎖緊機構(12)的上半部分安裝在缸體(4)的下部，鎖緊機構(12)的下半部分安裝在鎖緊盤(14)上，鎖緊盤(14)與活塞桿(9)固連。
2.根據權利要求1所述的一種燃氣驅動彈跳機構，其特征在于所述鎖緊機構(12)為電 磁鐵或永磁體。
3.根據權利要求1所述的一種燃氣驅動彈跳機構，其特征在于，所述點火器(1)采用火 花塞或熱火頭點火。
4.根據權利要求1所述的一種燃氣驅動彈跳機構，其特征在于，所述中空式活塞(5)還 包括密封裝置(6)，小活塞(10)的上部與活塞桿(9)之間以及活塞(5)的上部與氣缸(4) 之間分別設置密封裝置(6)。
全文摘要
本發明公布了一種燃氣驅動彈跳機構，包括缸體活塞組、點火器、活塞復位彈簧和鎖緊機構，其中缸體活塞組包括氣缸、活塞、防撞墊、鎖緊盤和擋圈，中空式活塞包括小活塞復位彈簧、活塞桿、小活塞和導向套；活塞通孔的上下部分別設置擋圈，小活塞設置于活塞的通孔內由擋圈隔擋，活塞通孔的下部擋圈與小活塞的下部通過小活塞復位彈簧連接，活塞桿的下部與氣缸之間設置導向套，活塞的下部與氣缸的下部通過活塞復位彈簧連接，鎖緊機構的上半部分安裝在缸體的下部，鎖緊機構的下半部分安裝在鎖緊盤上，鎖緊盤與活塞桿固連。本發明用于彈跳機器人的彈跳驅動，使機器人能夠越過數倍于自身尺寸的障礙物，具有較強的未知地形適應能力，機動能力強。
文檔編號A63H11/06GK101961558SQ20101027563
公開日2011年2月2日 申請日期2010年9月7日 優先權日2010年9月7日
發明者張克通, 欒云廣, 王化明 申請人:南京航空航天大學