專利名稱：折疊式彈跳機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及彈跳機(jī)器人和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展所要解決的一個(gè)突出問(wèn)題是地形適應(yīng)能力的提升。輪式機(jī)器人 和履帶式機(jī)器人在遇到較自身尺寸大的障礙物或溝壑時(shí)往往不能順利通過(guò)。步行和爬行機(jī) 器人自由度多、控制復(fù)雜且運(yùn)動(dòng)緩慢，遇到較大障礙物或溝壑時(shí)同樣無(wú)能為力。而彈跳式機(jī) 器人具有運(yùn)動(dòng)范圍大、越障能力強(qiáng)和躲避危險(xiǎn)快等特點(diǎn)，能夠增強(qiáng)機(jī)器人的環(huán)境適應(yīng)能力， 克服地面崎嶇和障礙物阻擋帶來(lái)的困難。目前的彈跳式機(jī)器人還存在彈跳高度低，起跳方 向和角度不能調(diào)整和運(yùn)動(dòng)形式單一等問(wèn)題。本發(fā)明設(shè)計(jì)了特殊形狀的凸輪，獲得了一種儲(chǔ) 存彈性勢(shì)能，并能瞬間釋放的彈跳機(jī)構(gòu)；本發(fā)明設(shè)計(jì)了起跳角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)能夠根據(jù)實(shí)際地 形調(diào)整起跳角度；本發(fā)明將彈跳機(jī)構(gòu)和滾動(dòng)機(jī)構(gòu)相結(jié)合，大大提高了移動(dòng)機(jī)器人的環(huán)境適 應(yīng)能力。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有彈跳式機(jī)器人的不足，設(shè)計(jì)一種彈跳和 滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)形式相結(jié)合的新式折疊式機(jī)器人。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種折疊式彈跳機(jī)器人，包括機(jī)架以 及設(shè)置在機(jī)架上的彈跳滾動(dòng)復(fù)用機(jī)構(gòu)、起跳角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳感單元、通信控制 單元和電源模塊，所述的彈跳滾動(dòng)復(fù)用機(jī)構(gòu)包括拉簧、右輪、左輪、同步齒輪、右腿、左腿和 同步齒輪安裝件，所述的拉簧的兩端分別掛在左腿和右腿上，在左腿和右腿的下部末端分 別安裝所述的左輪和右輪，所述的左腿和右腿的上部末端與所述的同步齒輪固定連接；所 述的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括滾動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及彈跳驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述的滾動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與所述的右輪和 左輪連接，所述的彈跳驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)右腿，并通過(guò)同步齒輪使左腿和右腿打開(kāi)或者折疊。有益效果 (1)本發(fā)明的彈跳與滾動(dòng)采用同一機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，并采用新穎的折疊方式 實(shí)現(xiàn)彈跳。(2)本發(fā)明設(shè)計(jì)的凸輪輪廓線以及減速齒輪組減速比能獲得較高的彈跳高度。通 過(guò)減速齒輪組使電機(jī)減速獲得大扭矩，帶動(dòng)凸輪作用于彈性裝置，實(shí)現(xiàn)拉簧的拉伸儲(chǔ)能和 瞬間釋放，從而實(shí)現(xiàn)彈跳。(3)本發(fā)明將彈跳和滾動(dòng)相結(jié)合。彈跳和滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)形式的結(jié)合使得機(jī)器人能夠 適應(yīng)更為復(fù)雜的地形環(huán)境；在平坦路面采用滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)形式能有效節(jié)省機(jī)器人自身有限的電 量。從而解決了當(dāng)前彈跳機(jī)器人運(yùn)動(dòng)形式單一以及耗電量大的問(wèn)題。(4)本發(fā)明的起跳角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)使得機(jī)器人可以自主調(diào)節(jié)起跳角度，從而調(diào)節(jié)彈 跳高度和彈跳距離。(5)本發(fā)明所用的拉簧條數(shù)和剛度可以靈活選擇。通過(guò)分析機(jī)器人將要面臨的環(huán)境，選取最適合路況的拉簧條數(shù)和剛度，從而最大限度的節(jié)省電量。
圖1是本發(fā)明實(shí)施例的機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例的機(jī)器人彈跳滾動(dòng)復(fù)用機(jī)構(gòu)裝配圖。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例的機(jī)器人起跳角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)裝配圖。
圖4是本發(fā)明實(shí)施例的機(jī)器人起跳角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)作用機(jī)理圖。
圖5是本發(fā)明實(shí)施例的機(jī)器人彈跳驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)裝配圖。
圖6是本發(fā)明實(shí)施例的機(jī)器人滾動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)裝配圖。
圖7是圖2的俯視圖。
圖8是圖7中凸輪與軸承連接示意圖。
圖9是本發(fā)明實(shí)施例的機(jī)器人空中彈跳姿態(tài)示意圖。
圖10是本發(fā)明的系統(tǒng)總體框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的工作原理和工作過(guò)程作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。參照?qǐng)D1，該折疊式彈跳機(jī)器人由機(jī)架(圖2中1所示)、彈跳滾動(dòng)復(fù)用機(jī)構(gòu)、起跳角 度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳感單元、通信控制單元和電源模塊組成，其特征是機(jī)架用來(lái)固定 各機(jī)械結(jié)構(gòu)；彈跳滾動(dòng)復(fù)用機(jī)構(gòu)(圖2)完成機(jī)器人彈跳和滾動(dòng)功能；起跳角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(圖 3)完成起跳角度調(diào)節(jié)功能；驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)分為彈跳驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(圖5)和滾動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(圖6)兩部 分，為機(jī)器人的彈跳、滾動(dòng)以及起跳角度調(diào)節(jié)提供驅(qū)動(dòng)力；傳感器單元用于收集環(huán)境信息， 并發(fā)送該環(huán)境信息給通信控制單元；通信控制單元用于接收來(lái)自傳感單元發(fā)送的環(huán)境信息 和上位機(jī)發(fā)出的控制命令，控制機(jī)器人動(dòng)作；電源模塊為機(jī)器人各單元提供所需電源。該機(jī) 器人采用彈跳和滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)形式可以克服路面不平整、障礙物和溝壑阻擋等不利因素，采用 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制，為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境的進(jìn)入和環(huán)境信息監(jiān)測(cè)提供 了有力的保障。參照?qǐng)D2，所述機(jī)架由前后端面1組成，構(gòu)成其他裝置的機(jī)械安裝位置。為了充分 利用機(jī)器人內(nèi)部有限的空間，本設(shè)計(jì)用控制電路板代替前后端面。參照?qǐng)D2，所述彈跳滾動(dòng)復(fù)用機(jī)構(gòu)由拉簧2-1、右輪2-2、左輪2_3、同步齒輪2_4、右 腿2-5、左腿2-6和同步齒輪安裝件組成。拉簧的兩端分別掛在左腿和右腿底部末端，可以 根據(jù)地形的復(fù)雜程度靈活選擇所用拉簧的條數(shù)和拉簧的剛度系數(shù)；左腿和右腿的末端分別 安裝左輪和右輪，用于平整路面的輪動(dòng)；同步齒輪分別固定在左腿和右腿的上部末端，齒輪 的嚙合保證彈跳過(guò)程中左腿和右腿有相同的步態(tài)，從而保證了彈跳的高度和方位。參照?qǐng)D3，起跳角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由舵機(jī)3-1、舵機(jī)支撐3-2和尾巴3_3組成。舵機(jī)帶 動(dòng)尾巴(長(zhǎng)度可以調(diào)整)轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，從而調(diào)節(jié)了機(jī)器人的彈跳角度。圖4可以明顯的 看出起跳角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)起到的作用。參照?qǐng)D5和圖6，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)分為彈跳驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(圖5)和滾動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(圖6)兩部 分。彈跳驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由電機(jī)4-6、電機(jī)支撐4-7、減速齒輪組4-8和凸輪4-5、軸承4-3以及軸 承支承4-4組成，其中軸承支承4-4固定在左腿2-6和右腿2-5上，軸承4_3與凸輪4_5接觸，如圖7和圖8所示。電機(jī)通過(guò)減速齒輪組帶動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而儲(chǔ)存彈性勢(shì)能，又通過(guò)凸輪 固有的特性將彈性勢(shì)能瞬間釋放實(shí)現(xiàn)彈跳，其中減速齒輪組能起到放大電機(jī)扭矩的作用。 滾動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由兩側(cè)的電機(jī)4-1、電機(jī)4-2和減速齒輪4-9組成。其中減速齒輪能起到減少 車(chē)輪落地時(shí)對(duì)電機(jī)的沖擊力的作用，從而保護(hù)電機(jī)。 本發(fā)明的彈跳機(jī)器人在遠(yuǎn)程PC的控制下完成滾動(dòng)、起跳角度調(diào)節(jié)和彈跳運(yùn)動(dòng)。具 體過(guò)程如下參照?qǐng)D10，協(xié)調(diào)器1和彈跳機(jī)器人2組成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，PC與協(xié)調(diào)器用串口 連接，PC上的應(yīng)用程序啟動(dòng)協(xié)調(diào)器并通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)將控制指令發(fā)送到機(jī)器人，機(jī)器 人接收到控制指令后執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作并返回所需的環(huán)境信息。在平整的地形環(huán)境中，機(jī)器 人以圖2所示的姿態(tài)可以完成前進(jìn)、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和原地轉(zhuǎn)向動(dòng)作。左右輪同時(shí)向前轉(zhuǎn)動(dòng)可以 實(shí)現(xiàn)前進(jìn)動(dòng)作；左輪不動(dòng)，右輪向前轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)動(dòng)作；右輪不動(dòng)，左輪向前轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)右轉(zhuǎn) 動(dòng)作；左右輪同時(shí)以相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向。參照?qǐng)D3、圖4、圖5和圖8，在遇到障 礙物或溝壑時(shí)，機(jī)器人首先啟動(dòng)舵機(jī)3-1帶動(dòng)尾巴3-3轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)起跳角度的調(diào)節(jié)(圖4所 示)；然后啟動(dòng)電機(jī)4-6，在減速齒輪組4-8的傳動(dòng)下帶動(dòng)凸輪4-5轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度 后拉簧的彈性勢(shì)能瞬間釋放，機(jī)器人左右腿迅速折疊(圖9所示)實(shí)現(xiàn)彈跳。在越過(guò)障礙物 或溝壑時(shí)，凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，使機(jī)器人回到圖2的姿態(tài)，然后根據(jù)地形環(huán)境進(jìn)行滾動(dòng)或繼續(xù)彈 跳。
權(quán)利要求
1.一種折疊式彈跳機(jī)器人，包括機(jī)架(1)以及設(shè)置在機(jī)架(1)上的彈跳滾動(dòng)復(fù)用機(jī) 構(gòu)(2)、起跳角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(3)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(4)、傳感單元、通信控制單元和電源模塊，其特 征是所述的彈跳滾動(dòng)復(fù)用機(jī)構(gòu)包括拉簧(2-1)、右輪(2-2)、左輪(2-3)、同步齒輪(2-4)、 右腿(2-5)、左腿(2-6)和同步齒輪安裝件(2-7)，所述的拉簧(2-1)的兩端分別掛在左腿 (2-6)和右腿(2-5)上，在左腿(2-6)和右腿(2-5)的下部末端分別安裝所述的左輪(2_3) 和右輪(2-2)，所述的左腿(2-6)和右腿(2-5)的上部末端與所述的同步齒輪(2-4)固定連 接；所述的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括滾動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及彈跳驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述的滾動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與所述的 右輪(2-2)和左輪(2-3)連接，所述的彈跳驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)右腿(2-5)，并通過(guò)同步齒輪(2-4) 使左腿(2-6 )和右腿(2-5 )打開(kāi)或者折疊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折疊式彈跳機(jī)器人，其特征在于所述的彈跳驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由第 一電機(jī)(4-6)、電機(jī)支撐(4-7)、減速齒輪組(4-8)、凸輪(4-5)以及軸承組成，所述的軸承 固定在所述的右腿(2-5)上，所述的凸輪(4-5)的外表面與所述的軸承的外表面接觸驅(qū)動(dòng) 右腿(2-5 )運(yùn)動(dòng)；所述的滾動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由第二電機(jī)(4-2 )和減速齒輪(4-9 )組成，減速齒輪 (4-9)的輸出軸與所述的右輪(2-2)以及左輪(2-3)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的折疊式彈跳機(jī)器人，其特征在于所述的起跳角度調(diào)節(jié) 機(jī)構(gòu)由舵機(jī)(3-1)、舵機(jī)支撐(3-2)和尾巴(3-3)組成，所述的舵機(jī)支撐(3-2)與支架(1)固 定連接，所述的尾巴(3-3)與舵機(jī)(3-1)的輸出軸連接。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種折疊式彈跳機(jī)器人，包括機(jī)架以及設(shè)置在機(jī)架上的彈跳滾動(dòng)復(fù)用機(jī)構(gòu)、起跳角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳感單元、通信控制單元和電源模塊，所述的彈跳滾動(dòng)復(fù)用機(jī)構(gòu)包括拉簧、右輪、左輪、同步齒輪、右腿、左腿和同步齒輪安裝件；所述的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括滾動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及彈跳驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述的滾動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與所述的右輪和左輪連接，所述的彈跳驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)右腿，并通過(guò)同步齒輪使左腿和右腿打開(kāi)或者折疊。本發(fā)明將彈跳和滾動(dòng)相結(jié)合。彈跳和滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)形式的結(jié)合使得機(jī)器人能夠適應(yīng)更為復(fù)雜的地形環(huán)境；在平坦路面采用滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)形式能有效節(jié)省機(jī)器人自身有限的電量。從而解決了當(dāng)前彈跳機(jī)器人運(yùn)動(dòng)形式單一以及耗電量大的問(wèn)題。
文檔編號(hào)B62D57/02GK102085886SQ20111000392
公開(kāi)日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2011年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月11日
發(fā)明者宋光明, 張軍, 朱允帥, 王輝 申請(qǐng)人:東南大學(xué)