本發(fā)明涉及跳躍機器人領(lǐng)域，尤其涉及一種仿伊蘇斯飛虱跳躍機器人。

背景技術(shù)：

1、跳躍機器人是一種通過跳躍來移動和越過障礙的機器人。特別是在低重力環(huán)境下，跳躍機器人可以輕易達到驚人的高度，從而在探索外星球如火星和月球等極端地形中可以發(fā)揮重要作用。科學(xué)家們通過使用高分辨率顯微鏡觀察“伊蘇斯飛虱”的腿部結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，“伊蘇斯飛虱”(issus?coleoptratus)昆蟲之所以跳過超過其體長100倍的距離還能準(zhǔn)確地落到預(yù)想的位置上，是因為在其后腿的脛節(jié)上有一對類似齒輪嚙合傳動一樣的微小結(jié)構(gòu)?！耙撂K斯飛虱”起跳時間大概只有30微秒左右，如果有一條后腿稍微慢了一點點，那么它們就無法準(zhǔn)確地控制自己的跳躍方向和距離，在其進行跳躍之前，它們的后腿會向后彎曲，后腿上的“齒輪”結(jié)構(gòu)就會整齊地咬合在一起，當(dāng)其發(fā)力跳躍時，后腿上的“齒輪”結(jié)構(gòu)可以確保兩條后腿幾乎在同一時刻發(fā)力。

2、公告號為cn102745274b的專利文獻公開了一種機器人彈跳裝置及其彈跳方法，采用改進的六桿式機構(gòu)加裝拉簧和扭簧，解決了傳統(tǒng)的六桿彈跳結(jié)構(gòu)中單純依靠拉伸彈簧儲能需要較大空間的問題，然而，該方案仍屬于六桿彈跳結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有中間的連桿機構(gòu)，彈性勢能存儲的效率不高，另外，其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)也可能導(dǎo)致能量傳遞過程中的損失增加，從而降低整體的能量效率，跳躍能力較差。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提高跳躍機器人的跳躍能力。

2、本發(fā)明通過以下技術(shù)手段解決上述技術(shù)問題：一種仿伊蘇斯飛虱跳躍機器人，包括機架、驅(qū)動機構(gòu)、傳動機構(gòu)、儲能機構(gòu)和支撐座；

3、所述儲能機構(gòu)連接在所述機架與所述支撐座之間，所述驅(qū)動機構(gòu)和所述傳動機構(gòu)均安裝在所述機架上，所述驅(qū)動機構(gòu)用于通過所述傳動機構(gòu)提供驅(qū)動力，所述傳動機構(gòu)用于控制所述儲能機構(gòu)壓縮或釋放；

4、所述儲能機構(gòu)包括卷繩、彈片、仿生齒輪和連接軸；所述卷繩的一端固定連接在所述支撐座上，所述卷繩的另一端卷繞并固定在所述傳動機構(gòu)上；兩組彈片對稱設(shè)置，各組彈片的兩端均固定連接有仿生齒輪；第一端的兩組仿生齒輪相互嚙合并分別通過連接軸與機架轉(zhuǎn)動連接，第二端的兩組仿生齒輪相互嚙合并分別通過連接軸與支撐座轉(zhuǎn)動連接。

5、本發(fā)明將兩組對稱設(shè)置的彈片直接用于彈性勢能存儲，去除了中間的連桿機構(gòu)，彈性勢能存儲能力高，提高了跳躍機器人的跳躍能力；為確保該結(jié)構(gòu)穩(wěn)定工作，設(shè)置仿“伊蘇斯飛虱”昆蟲后腿的仿生齒輪，在儲能機構(gòu)壓縮時，確保左右兩側(cè)的彈性元件同步運動，有效避免彈性元件向一側(cè)傾斜，提高了機體的穩(wěn)定性；在儲能機構(gòu)釋放時，確保左右兩側(cè)的彈性元件在同一時刻發(fā)力，提高了機器人跳躍的準(zhǔn)確度。

6、作為優(yōu)化的技術(shù)方案，所述儲能機構(gòu)還包括橡皮筋，所述橡皮筋套在兩組彈片的總體外部并與各組彈片的外側(cè)中間位置固定連接。進一步提高了彈性勢能存儲能力。

7、作為優(yōu)化的技術(shù)方案，所述儲能機構(gòu)還包括扭簧，第一端的兩組仿生齒輪還分別通過扭簧與所述機架彈性連接，第二端的兩組仿生齒輪還分別通過扭簧與所述支撐座彈性連接。進一步提高了彈性勢能存儲能力。

8、作為優(yōu)化的技術(shù)方案，所述仿生齒輪包括連接塊、不完全齒和扭簧安裝槽；所述不完全齒固定連接在所述連接塊的一端，兩組仿生齒輪通過所述不完全齒相互嚙合；所述連接塊的外側(cè)面中間位置設(shè)置有扭簧安裝槽；

9、所述扭簧的中間部分彎曲成施力側(cè)力臂，所述施力側(cè)力臂安裝在所述扭簧安裝槽中；所述施力側(cè)力臂的兩端盤繞成兩個連接環(huán)，兩個連接環(huán)分別套在所述連接軸上位于所述仿生齒輪兩側(cè)的部分；兩個連接環(huán)靠近兩端的位置分別延伸出來形成兩個固定側(cè)力臂，所述固定側(cè)力臂由所述施力側(cè)力臂的中間開口位置穿出至所述施力側(cè)力臂的外側(cè)；第一端的扭簧的固定側(cè)力臂安裝在所述機架上，第二端的扭簧的固定側(cè)力臂安裝在所述支撐座上。

10、作為優(yōu)化的技術(shù)方案，所述仿生齒輪還包括凸臺、第一平面、彈片安裝槽和第二平面；所述連接塊的外側(cè)面中間位置設(shè)置有凸臺，所述凸臺的外側(cè)面為第一平面，所述凸臺與所述連接塊之間形成所述扭簧安裝槽；所述連接塊的外側(cè)面設(shè)置有彈片安裝槽，所述彈片安裝槽位于所述凸臺遠離所述不完全齒的一側(cè)；所述彈片安裝槽的槽底為第二平面，所述彈片固定連接在所述第二平面上，所述第一平面與所述第二平面的夾角小于180°。彈片在初始狀態(tài)下產(chǎn)生向外的弓形變形，仿生齒輪第一平面與第二平面的夾角設(shè)計有效避免了儲能機構(gòu)初始壓縮時出現(xiàn)死點位置。

11、作為優(yōu)化的技術(shù)方案，所述仿生齒輪還包括凹槽，所述不完全齒的外周中間位置設(shè)有凹槽；所述卷繩設(shè)置在兩組彈片之間，所述卷繩由所述凹槽位置穿過兩個嚙合的不完全齒。

12、作為優(yōu)化的技術(shù)方案，所述儲能機構(gòu)還包括線性彈簧和導(dǎo)向桿，兩組導(dǎo)向桿對稱設(shè)置在兩組彈片的兩側(cè)，所述導(dǎo)向桿為伸縮桿；各組導(dǎo)向桿的外部分別套有線性彈簧，所述導(dǎo)向桿的兩端分別固定連接在所述機架和所述支撐座上，所述線性彈簧的兩端分別固定連接在所述機架和所述支撐座上。進一步提高了彈性勢能存儲能力，并且通過導(dǎo)向桿的導(dǎo)向作用，有效避免了儲能機構(gòu)在壓縮過程中的跑偏問題。

13、作為優(yōu)化的技術(shù)方案，所述機架上設(shè)有單向軸承安裝孔和中間軸安裝孔，所述中間軸安裝孔為圍繞在所述單向軸承安裝孔外周并與其同心的弧形孔；

14、所述傳動機構(gòu)包括輸入軸、旋轉(zhuǎn)臂、單向軸承、輸入齒輪、中間軸、雙聯(lián)齒輪、復(fù)位彈簧、輸出軸、輸出齒輪和絞線盤；

15、所述機架的外側(cè)設(shè)置有旋轉(zhuǎn)臂，所述旋轉(zhuǎn)臂與所述機架之間設(shè)有單向軸承，所述單向軸承的外圈一部分與所述單向軸承安裝孔轉(zhuǎn)動配合，所述單向軸承的外圈另一部分與所述旋轉(zhuǎn)臂固定配合；所述輸入軸的外表面與所述單向軸承的內(nèi)圈固定配合，所述輸入齒輪固定配合在所述輸入軸的外部；

16、所述中間軸與所述中間軸安裝孔活動配合并與所述旋轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)動配合，所述雙聯(lián)齒輪轉(zhuǎn)動連接在所述中間軸上，所述中間軸通過所述復(fù)位彈簧連接所述機架；

17、所述輸出軸與所述機架轉(zhuǎn)動連接，所述輸出齒輪固定配合在所述輸出軸的外部；所述絞線盤設(shè)置在所述輸出軸的一端，所述卷繩卷繞并固定在所述絞線盤上；

18、所述輸入軸、中間軸和輸出軸相互平行，所述輸入齒輪始終與所述雙聯(lián)齒輪嚙合，所述輸出齒輪能夠與所述雙聯(lián)齒輪嚙合或分離。

19、驅(qū)動機構(gòu)的輸出軸順時針旋轉(zhuǎn)時，通過輸入齒輪、雙聯(lián)齒輪和輸出齒輪的依次傳動使絞線盤纏繞卷繩，卷繩收縮帶動彈性元件進行壓縮，進行彈性勢能存儲；驅(qū)動機構(gòu)的輸出軸逆時針旋轉(zhuǎn)時，在單向軸承與旋轉(zhuǎn)臂的作用下，雙聯(lián)齒輪與輸出齒輪脫離嚙合，此時輸出齒輪失去約束，卷繩可自由活動，儲能機構(gòu)儲存的能量得到瞬間釋放，彈性勢能轉(zhuǎn)換為機器人的動能，機器人跳躍；由于單向軸承先產(chǎn)生鎖死力再整體逆時針旋轉(zhuǎn)，從而避免了輸出齒輪過早脫離嚙合；通過設(shè)置復(fù)位彈簧，實現(xiàn)了儲能機構(gòu)可自主進行多次壓縮和釋放。

20、作為優(yōu)化的技術(shù)方案，所述機架包括兩組傳動機構(gòu)安裝支架，兩組傳動機構(gòu)安裝支架之間形成安裝腔體，各傳動機構(gòu)安裝支架上均設(shè)有單向軸承安裝孔和中間軸安裝孔；兩組傳動機構(gòu)安裝支架的外側(cè)均設(shè)置有旋轉(zhuǎn)臂，各旋轉(zhuǎn)臂與所述傳動機構(gòu)安裝支架之間均設(shè)有單向軸承，所述輸入軸貫穿兩組單向軸承的內(nèi)圈；所述中間軸貫穿兩組中間軸安裝孔以及兩組旋轉(zhuǎn)臂；所述輸出軸與兩組傳動機構(gòu)安裝支架轉(zhuǎn)動連接；所述輸入齒輪、雙聯(lián)齒輪和輸出齒輪均設(shè)置在所述安裝腔體內(nèi)。

21、驅(qū)動機構(gòu)的輸出軸逆時針旋轉(zhuǎn)時，中間軸的兩端同時受力，雙聯(lián)齒輪比較容易與輸出齒輪脫離嚙合。

22、作為優(yōu)化的技術(shù)方案，所述旋轉(zhuǎn)臂上設(shè)有大孔，所述大孔的內(nèi)表面設(shè)有鍵；所述單向軸承的內(nèi)外圈均設(shè)有鍵槽，所述單向軸承的外圈與所述大孔鍵連接；所述輸入軸的外表面設(shè)有鍵槽，所述單向軸承內(nèi)圈的鍵槽與所述輸入軸的鍵槽之間通過平鍵進行鍵連接。

23、單向軸承的內(nèi)外雙鍵槽結(jié)構(gòu)確保在其承受大力矩時旋轉(zhuǎn)臂及輸入軸不會與其發(fā)生相對滑動，可承受更大的拉力。

24、本發(fā)明的優(yōu)點在于：

25、1、本發(fā)明將兩組對稱設(shè)置的彈片直接用于彈性勢能存儲，去除了中間的連桿機構(gòu)，彈性勢能存儲能力高，提高了跳躍機器人的跳躍能力；為確保該結(jié)構(gòu)穩(wěn)定工作，設(shè)置仿“伊蘇斯飛虱”昆蟲后腿的仿生齒輪，在儲能機構(gòu)壓縮時，確保左右兩側(cè)的彈性元件同步運動，有效避免彈性元件向一側(cè)傾斜，提高了機體的穩(wěn)定性；在儲能機構(gòu)釋放時，確保左右兩側(cè)的彈性元件在同一時刻發(fā)力，提高了機器人跳躍的準(zhǔn)確度。

26、2、儲能機構(gòu)通過橡皮筋、彈片、扭簧及線性彈簧四種不同彈性元件巧妙組合，進一步實現(xiàn)了在結(jié)構(gòu)緊湊的條件下大大提高彈性勢能存儲能力，并且有效避免了儲能機構(gòu)在壓縮過程中的跑偏問題。

27、3、彈片在初始狀態(tài)下產(chǎn)生向外的弓形變形，仿生齒輪第一平面與第二平面的夾角設(shè)計有效避免了儲能機構(gòu)初始壓縮時出現(xiàn)死點位置。

28、4、驅(qū)動機構(gòu)的輸出軸順時針旋轉(zhuǎn)時，通過輸入齒輪、雙聯(lián)齒輪和輸出齒輪的依次傳動使絞線盤纏繞卷繩，卷繩收縮帶動彈性元件進行壓縮，進行彈性勢能存儲；驅(qū)動機構(gòu)的輸出軸逆時針旋轉(zhuǎn)時，在單向軸承與旋轉(zhuǎn)臂的作用下，雙聯(lián)齒輪與輸出齒輪脫離嚙合，此時輸出齒輪失去約束，卷繩可自由活動，儲能機構(gòu)儲存的能量得到瞬間釋放，彈性勢能轉(zhuǎn)換為機器人的動能，機器人跳躍；由于單向軸承先產(chǎn)生鎖死力再整體逆時針旋轉(zhuǎn)，從而避免了輸出齒輪過早脫離嚙合；通過設(shè)置復(fù)位彈簧，實現(xiàn)了儲能機構(gòu)可自主進行多次壓縮和釋放。

29、5、驅(qū)動機構(gòu)的輸出軸逆時針旋轉(zhuǎn)時，中間軸的兩端同時受力，雙聯(lián)齒輪比較容易與輸出齒輪脫離嚙合。

30、6、單向軸承的內(nèi)外雙鍵槽結(jié)構(gòu)確保在其承受大力矩時旋轉(zhuǎn)臂及輸入軸不會與其發(fā)生相對滑動，可承受更大的拉力。