CN111284580A - 一种弹跳装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的弹跳装置，包括支架、设置在支架上的弹跳机构以及弹跳驱动机构，支架包括转轴，弹跳驱动机构包括设置在支架上的惯性粘滑式运动组件、位于惯性粘滑式运动组件一侧的凸轮、以及位于凸轮一侧并抵持在凸轮内侧的移动件，惯性粘滑式运动组件包括摩擦部件，凸轮套设在转轴上，摩擦部件抵持在凸轮的侧壁上并驱动凸轮绕转轴转动，弹跳机构包括底座、一端设置在底座上且另一端穿过支架并与移动件固定连接的支撑杆、以及夹持在支架和底座之间且套设在支撑杆上的弹性件。该弹跳装置以惯性粘滑式运动组件配合凸轮为弹跳驱动机构，从而使弹跳装置可连续弹跳，且以弹性件实现落地自复位，该弹跳装置构思巧妙、结构简单、制作工艺简单。

Description

一种弹跳装置

技术领域

本发明涉及一种弹跳装置。

背景技术

现有的移动式机器人中，比如，轮式机器人、履带式机器人、步行机器人或者爬行机器人在遇到较大的障碍物或沟壑时往往不能顺利通过或者运动效率低。弹跳机器人由于其灵活性好、运动范围大、越障能力强和躲避危险快等特点，可以适应崎岖不平的地形，遇到障碍或沟壑时能够轻松越过，目前对弹跳机器人的研究除了使用不同的工作原理提高弹跳高度外，主要集中在如何能够使机器人能够连续跳跃运动，这就涉及到机器人的落地自复位等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种灵活性好、结构简单、以及可连续跳跃的弹跳装置。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种弹跳装置，包括支架、设置在所述支架上的弹跳机构以及弹跳驱动机构，所述支架包括转轴，所述弹跳驱动机构包括设置在所述支架上的惯性粘滑式运动组件、位于所述惯性粘滑式运动组件一侧的凸轮、以及位于所述凸轮一侧并抵持在所述凸轮内侧的移动件，所述惯性粘滑式运动组件包括摩擦部件，所述摩擦部件为与所述转轴平行设置的长杆，所述凸轮套设在所述转轴上，所述长杆抵持在所述凸轮的侧壁上并驱动所述凸轮绕所述转轴转动，进而带动所述移动件相对所述凸轮沿径向方向移动，所述弹跳机构包括底座、一端设置在所述底座上且另一端穿过所述支架并与所述移动件固定连接的支撑杆、以及夹持在所述支架和所述底座之间且套设在所述支撑杆上的弹性件。

进一步地，所述惯性粘滑式运动组件包括压电陶瓷、运动传动部件和惯性组件，所述惯性组件包括惯性传动部件，所述惯性传动部件与所述摩擦部件连接，所述压电陶瓷具有相对设置的第一端和第二端，所述第一端与所述运动传动部件相接触，所述第二端与所述惯性传动部件相接触，所述运动传动部件和所述惯性传动部件通过弹性形变组件连接，所述运动传动部件固定在所述支架上。

进一步地，所述惯性传动部件包括惯性块和与所述惯性块连接的连接件，所述摩擦部件一端固定在所述惯性块上且另一端抵持在所述凸轮侧壁上。

进一步地，所述连接件为位于所述弹性形变组件框架内的T形部，所述压电陶瓷的第二端与所述T形部相接触。

进一步地，所述弹性形变组件为框架结构，所述压电陶瓷设置于所述弹性形变组件的框架中。

进一步地，所述惯性传动部件、运动传动部件和弹性形变组件为一体式结构。

进一步地，所述凸轮的侧壁沿外圆周凸伸形成有开环形凸块。

进一步地，所述移动件包括与所述支撑杆固定连接的移动块、以及一端固定在所述移动块上且另一端抵持在所述凸块上的移动杆。

进一步地，所述凸轮和所述移动杆设置的数量为两个。

进一步地，所述支架包括相对设置的第一支杆和第二支杆、以及固定连接所述第一支杆和所述第二支杆的第三支杆，所述支架***设有保护罩。

本发明的有益效果在于：本发明所提供的弹跳装置以惯性粘滑式运动组件配合凸轮为弹跳驱动机构，从而使弹跳装置可连续弹跳，且以弹性件实现落地自复位，该弹跳装置构思巧妙、结构简单、制作工艺简单。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本发明一实施例所示的弹跳装置的结构示意图；

图2为图1中部分弹跳装置的结构示意图；

图3为图1中部分弹跳装置另一方向上的结构示意图；

图4为图1中凸轮的结构示意图；

图5为驱动电压信号下的惯性粘滑驱动原理示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的机构或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

请参见图1和图2，本发明一实施例所示的弹跳装置，包括支架1、设置在支架1***的保护罩8、设置在支架1上的弹跳机构以及弹跳驱动机构。支架1为类似H形结构，其包括相对设置的第一支杆11和第二支杆12、以及固定连接第一支杆11和第二支杆12的第三支杆13，此外，支架1还包括转轴14，转轴14为长圆柱形结构，转轴14位于第三支杆13的上方且转轴14两端分别与第一支杆11和第二支杆12固定连接。弹跳驱动机构包括设置在支架1上的惯性粘滑式运动组件2、位于惯性粘滑式运动组件2一侧的凸轮3、以及位于凸轮3一侧并抵持在凸轮3内侧的移动件4，惯性粘滑式运动组件2包括摩擦部件24，摩擦部件24为与转轴14平行设置的长杆24，凸轮3套设在转轴14上，长杆24抵持在凸轮3的侧壁上并驱动凸轮3绕转轴14转动，进而带动移动件4相对凸轮3沿径向方向移动。弹跳机构包括底座5、一端设置在底座5上且另一端穿过支架1并与移动件4固定连接的支撑杆6、以及夹持在支架1和底座5之间且套设在支撑杆6上的弹性件7。

请结合图3，惯性粘滑式运动组件2包括压电陶瓷(未图示)、运动传动部件22和惯性组件，惯性组件包括惯性传动部件23，惯性传动部件23与摩擦部件24连接，压电陶瓷具有相对设置的第一端和第二端，第一端与运动传动部件22相接触，第二端与惯性传动部件23相接触，运动传动部件22和惯性传动部件23通过弹性形变组件25连接，运动传动部件22固定在第一支杆11上。惯性传动部件23包括惯性块231和与惯性块231连接的连接件232，连接件232为位于弹性形变组件25框架内的T形部232，压电陶瓷的第二端与T形部232相接触，以对压电陶瓷进行限位，使惯性传动部件23受力均匀。惯性块231为长方体结构，摩擦部件24一端固定在惯性块231上，另一端抵持在凸轮3侧壁上。弹性形变组件25为框架结构，压电陶瓷设置于弹性形变组件25的框架中，使惯性粘滑式运动组件2的结构更为简单。惯性传动部件23、运动传动部件22和弹性形变组件25为一体式结构，需要指出的是，惯性传动部件23、运动传动部件22和弹性形变组件25可以是分别加工生产后进行装配。

凸轮3的中心处设置有一穿孔34，转轴14穿过该穿孔34将凸轮3套设在转轴14上，且凸轮3可绕转轴14转动，请结合图4，凸轮3的一侧壁沿外圆周凸伸形成有开环形凸块31且具有距离凸轮3中心最远的第一开口32和距离凸轮3中心最近的第二开口33，并且凸块31从第一开口32处沿外圆周方向到第二开口33处，凸块31距离凸轮3中心的距离逐渐变短。凸轮3设置的数量为两个，且两个凸轮3在凸伸环形凸块31的另一侧面靠近并固定连接，摩擦部件24抵持的凸轮3的转动带动另一个凸轮3同步转动。

移动件4包括与支撑杆6远离底座5的一端固定连接的移动块41、以及一端固定在移动块41上且另一端抵持在凸块31上的移动杆42。移动杆42为类似勾形，移动杆42设置的数量为两个且每个移动杆42与相应的一个凸轮3的凸块31相抵持，两个移动杆42相对固定在移动块41的两端，起到平衡弹跳装置的作用。

底座5为长方形结构，支撑杆6的一端与底座5的固定连接，支撑杆6的另一端与移动件4的移动块41固定连接，第三支杆13的中心位置处设置有一通孔，支撑杆6穿过该通孔，并且支撑杆6可相对第三支杆13在通孔内上下移动，本实施例中，弹性件7为弹簧7。

惯性粘滑式运动组件2基于惯性粘滑驱动可实现毫米级运动，请参见图5，左侧为驱动电压信号，右侧为相应的惯性粘滑式运动组件2在驱动信号下的运动情况。施加在惯性粘滑式运动组件2的驱动信号为周期性信号，在运动初期，驱动电压迅速增加，压电陶瓷快速伸长，带动惯性组件快速向远离运动传动部件22方向运动，由于运动传动部件22固定在第一支杆11上，故，运动传动部件22始终保持在初始位置，当电压达到一定值后，电压缓慢下降，压电陶瓷逐渐缩短，带动惯性组件缓慢向靠近运动传动部件22方向运动，完成一个驱动周期。对压电陶瓷持续施加这种电压驱动信号，便可实现惯性粘滑式运动组件2的运动，这就是惯性粘滑驱动原理。由于压电陶瓷的伸缩量很小，因此惯性粘滑式运动组件2最小可获得几微米的步长，而且步长随着驱动电压连续可调。

弹跳装置弹跳的原理为：当对压电陶瓷施加一迅速上升的电压时，压电陶瓷快速伸长，带动惯性组件快速向远离运动传动部件22方向运动且使弹性形变组件25发生形变。其中，摩擦部件24带动凸轮3向远离运动传动部件22方向转动，由于摩擦部件24的快速运动，摩擦部件24与凸轮3侧壁之间产生动摩擦力，使得凸轮3向远离运动传动部件22方向转动角度X₁，当电压达到一定值后，驱动电压缓慢下降，压电陶瓷缓慢回复原状，在弹性形变组件25恢复其形变的作用力下，带动惯性组件缓慢向靠近运动传动部件22方向运动，其中，惯性组件中的摩擦部件24与抵持的凸轮3侧壁产生静摩擦力，从而带动凸轮3向靠近运动传动部件22方向转动角度X₂，并且X₂大于X₁，当电压降到最低值后，完成了一个周期的运动，此时，凸轮3向靠近运动传动部件22方向转动了X₂-X₁角度。由于移动杆42抵持在凸块31上，凸轮3的转动使与移动杆42抵持的位置发生改变并且移动杆42相对转轴14向上移动，由于移动杆42、移动块41、支撑杆6和底座5相对固定，且底座5接触地面，此时，第三支杆13与底座5之间的距离相对减小，弹簧7压缩。重复上述运动，可使凸轮3持续转动，弹簧7持续压缩，当移动杆42移动到第二开口33处，凸轮3再次转动后，移动杆42会从第二开口33处落到第一开口32处，移动杆42相对转轴14向下移动，第三支杆13与底座5之间的距离增大，压缩的弹簧7恢复原状，向底座5产生弹力，因支撑杆6与底座5固定，地面对底座5产生一个相反的作用力，故弹簧7带动底座5从地面弹起，从而整个弹跳装置从地面弹起。持续对压电陶瓷施加周期电压信号，弹跳装置可持续性弹跳。

综上，本发明所提供的弹跳装置以惯性粘滑式运动组件配合凸轮为弹跳驱动机构，从而使弹跳装置可连续弹跳，且以弹性件实现落地自复位，该弹跳装置构思巧妙、结构简单、制作工艺简单。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种弹跳装置，其特征在于，所述弹跳装置包括支架、设置在所述支架上的弹跳机构以及弹跳驱动机构，所述支架包括转轴，所述弹跳驱动机构包括设置在所述支架上的惯性粘滑式运动组件、位于所述惯性粘滑式运动组件一侧的凸轮、以及位于所述凸轮一侧并抵持在所述凸轮内侧的移动件，所述惯性粘滑式运动组件包括摩擦部件，所述摩擦部件为与所述转轴平行设置的长杆，所述凸轮套设在所述转轴上，所述长杆抵持在所述凸轮的侧壁上并驱动所述凸轮绕所述转轴转动，进而带动所述移动件相对所述凸轮沿径向方向移动，所述弹跳机构包括底座、一端设置在所述底座上且另一端穿过所述支架并与所述移动件固定连接的支撑杆、以及夹持在所述支架和所述底座之间且套设在所述支撑杆上的弹性件。

2.如权利要求1所述的弹跳装置，其特征在于，所述惯性粘滑式运动组件包括压电陶瓷、运动传动部件和惯性组件，所述惯性组件包括惯性传动部件，所述惯性传动部件与所述摩擦部件连接，所述压电陶瓷具有相对设置的第一端和第二端，所述第一端与所述运动传动部件相接触，所述第二端与所述惯性传动部件相接触，所述运动传动部件和所述惯性传动部件通过弹性形变组件连接，所述运动传动部件固定在所述支架上。

3.如权利要求2所述的弹跳装置，其特征在于，所述惯性传动部件包括惯性块和与所述惯性块连接的连接件，所述摩擦部件一端固定在所述惯性块上且另一端抵持在所述凸轮侧壁上。

4.如权利要求3所述的弹跳装置，其特征在于，所述连接件为位于所述弹性形变组件框架内的T形部，所述压电陶瓷的第二端与所述T形部相接触。

5.如权利要求2所述的弹跳装置，其特征在于，所述弹性形变组件为框架结构，所述压电陶瓷设置于所述弹性形变组件的框架中。

6.如权利要求2所述的弹跳装置，其特征在于，所述惯性传动部件、运动传动部件和弹性形变组件为一体式结构。

7.如权利要求1所述的弹跳装置，其特征在于，所述凸轮的侧壁沿外圆周凸伸形成有开环形凸块。

8.如权利要求7所述的弹跳装置，其特征在于，所述移动件包括与所述支撑杆固定连接的移动块、以及一端固定在所述移动块上且另一端抵持在所述凸块上的移动杆。

9.如权利要求8所述的弹跳装置，其特征在于，所述凸轮和所述移动杆设置的数量为两个。

10.如权利要求1所述的弹跳装置，其特征在于，所述支架包括相对设置的第一支杆和第二支杆、以及固定连接所述第一支杆和所述第二支杆的第三支杆，所述支架***设有保护罩。

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