CN115991253A - 一种跃翔一体装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种跃翔一体装置，涉及跳跃机器人技术领域，包括：机器人身体部分、多连杆机构、足垫、储能元件和旋翼飞行机构，机器人身体部分设置于多连杆机构上部，足垫设置于多连杆机构下部；多连杆机构能够屈折和伸展，储能元件设置于多连杆机构上；多连杆机构屈折时，储能元件进行储能；储能元件释放能量时，多连杆机构伸展并利用连杆与地面的反作用力推动多连杆机构向上移动实现弹跳；旋翼飞行机构设置于机器人身体部分顶部，旋翼飞行机构能够带动整个装置飞行。本发明提供的跃翔一体装置适应更加多样、复杂的非结构化环境。
Description
技术领域
本发明涉及跳跃机器人技术领域，特别是涉及一种跃翔一体装置。
背景技术
近年来，全球范围内自然灾害和人为事故造成的大量人员、财产损失频繁发生，这些场景往往环境错综复杂且危险性极大，人员无法正常进入，于是对于能够进行灾后救援、高危环境巡检等任务的机器人有着迫切需求。而跳跃机器人由于其出色的越障性能，能够适用非结构化的复杂环境，在军民领域都中有着广泛的应用。
然而，现有的跳跃机器人运动模态较少，运动范围受跳跃高度和跳跃距离的限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种跃翔一体装置，以解决上述现有技术存在的问题，适应更加多样、复杂的非结构化环境。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种跃翔一体装置，包括：机器人身体部分、多连杆机构、足垫、储能元件和旋翼飞行机构，所述机器人身体部分设置于所述多连杆机构上部，所述足垫设置于所述多连杆机构下部；所述多连杆机构能够屈折和伸展，所述储能元件设置于所述多连杆机构上；
所述多连杆机构屈折时，所述储能元件进行储能；
所述储能元件释放能量时，所述多连杆机构伸展并利用连杆与地面的反作用力推动所述多连杆机构向上移动实现弹跳；
所述旋翼飞行机构设置于所述机器人身体部分顶部，所述旋翼飞行机构能够带动整个装置飞行。
优选的，还包括电驱动装置和无线控制器，所述电驱动装置能够驱动所述多连杆机构屈折并使得所述储能元件储能；所述无线控制器能够控制所述电驱动装置进行工作。
优选的，所述多连杆机构包括仿胯骨关节连杆、仿股节伸肌连杆、仿股节屈肌连杆、仿股节支架、仿膝关节、第一仿径节连杆、第二仿径节连杆、仿附节连杆；
其中，所述仿胯骨关节连杆的中部绕水平轴能够转动地设置于所述机器人身体部分上，所述仿胯骨关节连杆的两端分别与所述仿股节伸肌连杆和所述仿股节屈肌连杆的一端铰接，所述仿股节伸肌连杆和所述仿股节屈肌连杆的另一端均铰接于所述仿膝关节上，且所述仿股节伸肌连杆和所述仿股节屈肌连杆穿插设置，所述仿股节支架的一端铰接于所述机器人身体部分，另一端与所述仿膝关节铰接，所述第一仿径节连杆的一端铰接于所述仿股节支架靠近所述仿膝关节的部分，所述第一仿径节连杆的另一端铰接于所述仿附节连杆的一端，所述仿附节连杆另一端铰接于所述足垫上，所述第二仿径节连杆的一端固定连接于所述仿膝关节上，另一端铰接于所述仿附节连杆上；
所述储能元件为扭簧，所述扭簧安装于所述机器人身体部分与所述仿股节支架的铰接处，下压所述机器人身体部分能够使得所述机器人身体部分和所述仿股节支架之间的角度变小并使得所述扭簧发生扭转变形进行储能。
优选的，所述扭簧为双扭簧。
优选的，所述电驱动装置包括起跳蓄能电机、主动齿轮和从动齿轮，所述起跳蓄能电机固定于所述起跳蓄能电机，所述主动齿轮安装于所述起跳蓄能电机的电机轴上，所述从动齿轮固定安装于所述仿胯骨关节连杆上且能够与所述主动齿轮啮合传动；
所述起跳蓄能电机驱动所述主动齿轮带动所述从动齿轮转动时能够使得所述多连杆机构屈折并使得所述储能元件储能；
当所述主动齿轮转动至一定角度后，所述主动齿轮和所述从动齿轮解除啮合，在所述扭簧的反弹力作用下所述多连杆机构伸展实现起跳。
优选的，所述主动齿轮为不完全齿轮，当所述主动齿轮旋转至没有齿的部分正对所述从动齿轮时两者即解除啮合。
优选的，所述无线控制器还能够控制所述旋翼飞行机构的启闭。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提供的跃翔一体装置将机器人的单一运动方式从仅限跳跃运动优化为跃翔一体运动，结构设计使机器人能够通过遥控地完成从直立到起跳，再到空中飞翔的运动模态间的转换，适应更加多样、复杂的非结构化环境，突破传统移动机器人运动模态少、适应环境场景单一的缺点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的跃翔一体装置的结构示意图；
图2为图1上部分结构示意图；
图3为图1的正视图；
图4为跃翔一体装置发生姿态变化时，旋翼飞行机构的状态示意图；
图中：1-多连杆机构；2-储能元件；3-旋翼飞行机构；101-空心杯电机；102-螺旋桨；103-电机支撑；104-平面推力球轴承；105-仿胯骨关节连杆；106-机器人身体部分；107-锂电池和无信通信以及电机控制电路板集成件；108-仿股节伸肌连杆；109-仿股节屈肌连杆；110-仿膝关节；111-仿股节支架；112-扭簧；113-第一仿径节连杆；114-第二仿径节连杆；115-仿附节连杆；116-足垫。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
本发明的目的是提供一种跃翔一体装置，以解决上述现有技术存在的问题，适应更加多样、复杂的非结构化环境。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种跃翔一体装置，包括：如图1～3所示，机器人身体部分106、多连杆机构1、足垫116、储能元件2和旋翼飞行机构3，机器人身体部分106设置于多连杆机构1上部，足垫116设置于多连杆机构1下部；多连杆机构1能够屈折和伸展，储能元件2设置于多连杆机构1上；
多连杆机构1屈折时，储能元件2进行储能；储能元件2可为弹簧、扭簧112等弹性元件，多连杆机构1中至少存在两个相铰接的杆体，储能元件2设置于两个杆体的铰接部，两个杆体发生相对转动并靠近屈折时，压缩储能元件2进行储能，储能完毕后，解除对多连杆机构1的限制并使得储能元件2释放能量，储能元件2的弹力驱动两个杆体相互远离并实现多连杆机构1伸展，利用连杆与地面的反作用力推动多连杆机构1向上移动实现弹跳。
旋翼飞行机构3设置于机器人身体部分106顶部，旋翼飞行机构3能够带动整个装置飞行。
本发明提供的跃翔一体装置将机器人的单一运动方式从仅限跳跃运动优化为跃翔一体运动，结构设计使机器人能够通过遥控地完成从直立到起跳，再到空中飞翔的运动模态间的转换，适应更加多样、复杂的非结构化环境，突破传统移动机器人运动模态少、适应环境场景单一的缺点。
于一些实施例中，跃翔一体装置还包括电驱动装置和无线控制器，电驱动装置能够驱动多连杆机构1屈折并使得储能元件2储能；无线控制器能够控制电驱动装置进行工作。以实现无线遥控的功能。
本实施例提供的自动起跳机器人将机器人的储能方式和释能方式从手动优化为自动，自动完成从直立到起跳的运动模态间的转换。
于一些实施例中，多连杆机构1包括仿胯骨关节连杆105、仿股节伸肌连杆108、仿股节屈肌连杆109、仿股节支架111、仿膝关节110、第一仿径节连杆113、第二仿径节连杆114、仿附节连杆115；
其中，仿胯骨关节连杆105的中部绕水平轴能够转动地设置于机器人身体部分106上，仿胯骨关节连杆105的两端分别与仿股节伸肌连杆108和仿股节屈肌连杆109的一端铰接，仿股节伸肌连杆108和仿股节屈肌连杆109的另一端均铰接于仿膝关节110上，且仿股节伸肌连杆108和仿股节屈肌连杆109穿插设置，仿股节支架111的一端铰接于机器人身体部分106，另一端与仿膝关节110铰接，第一仿径节连杆113的一端铰接于仿股节支架111靠近仿膝关节110的部分，第一仿径节连杆113的另一端铰接于仿附节连杆115的一端，仿附节连杆115另一端铰接于足垫116上，第二仿径节连杆114的一端固定连接于仿膝关节110上，另一端铰接于仿附节连杆115上；
储能元件2为扭簧112，扭簧112安装于机器人身体部分106与仿股节支架111的铰接处，下压机器人身体部分106能够使得机器人身体部分106和仿股节支架111之间的角度变小并使得扭簧112发生扭转变形进行储能。下压方式可为手动也可为电动。具体的，扭簧112可为双扭簧112。双扭簧112通过圆柱销安装于机器人身体部分106与仿股节支架111的铰接处。
上述多连杆机构1能够实现足垫116运动轨迹近似线性；近似线性意为，在多连杆机构1运动的过程中，足垫116的运动轨迹呈直线轨迹，或近似的直线轨迹，曲率半径极大。
通过对多连杆机构1的设计可以改变运动的方向和形式，由于机构本身重力的作用，通过各铰接点的位置和连杆长度的设计，使得机构末端(足垫116)处的轨迹为近似线性。
于一些实施例中，电驱动装置包括起跳蓄能电机、主动齿轮和从动齿轮，起跳蓄能电机固定于机器人身体部分106上，主动齿轮安装于起跳蓄能电机的电机轴上，从动齿轮固定安装于仿胯骨关节连杆105上且能够与主动齿轮啮合传动；
起跳蓄能电机驱动主动齿轮带动从动齿轮转动时能够使得多连杆机构1屈折并使得储能元件2储能；具体的，从动齿轮转动时带动仿胯骨关节连杆105转动进而使得多连杆机构1屈折；
当主动齿轮转动一定角度后，主动齿轮和从动齿轮解除啮合，在扭簧112的反弹力作用下多连杆机构1伸展实现起跳；在其他实施例中，为了实现解除啮合，将主动齿轮为不完全齿轮，当主动齿轮旋转至没有齿的部分正对从动齿轮时两者即解除啮合，解除啮合后即实现起跳，且解除啮合后控制起跳蓄能电机停止工作，以保持主动齿轮和从动齿轮在机器人跳起后不啮合，不传动，进而实现后续连续跳跃的功能。
于一些实施例中，无线控制器还能够控制旋翼飞行机构3的启闭，以便于远程遥控启闭旋翼飞行机构3。
于一些实施例中，旋翼飞行机构3包括空心杯电机101、螺旋桨102，空心杯电机101绕一水平轴能够转动地与机器人身体部分106连接，空心杯电机101驱动螺旋桨102转动以提供上升动力，具体的，空心杯电机101套在电机支撑103里，电机支撑103外面通过两个相对设置的平面推力球轴承104与机器人身体部分106连接。在其他实施例中，空心杯电机101也可通过万向转动节与机器人身体部分106连接，
跃翔一体原理：通过无线通信，实现遥控空心杯电机101正转，从而带动螺旋桨102高速转动，产生向下气流推动整个装置实现飞翔运动。
整体工作原理：在跃翔一体装置起跳离地后，通过无线通信启动旋翼飞行机构3，当因跃翔一体装置本身重力原因，机器人会发生偏转现象时，如图4所示，此时通过两个平面推力球轴承104或万向转动节的作用，跃翔一体装置会绕旋转轴产生转动，螺旋桨102的受力方向保持竖直向上不变，使得空心杯电机101的姿态不会改变，进而保证跃翔一体装置在空中也不会发生翻转。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种跃翔一体装置，其特征在于：包括：机器人身体部分、多连杆机构、足垫、储能元件和旋翼飞行机构，所述机器人身体部分设置于所述多连杆机构上部，所述足垫设置于所述多连杆机构下部；所述多连杆机构能够屈折和伸展，所述储能元件设置于所述多连杆机构上；
所述多连杆机构屈折时，所述储能元件进行储能；
所述储能元件释放能量时，所述多连杆机构伸展并利用连杆与地面的反作用力推动所述多连杆机构向上移动实现弹跳；
所述旋翼飞行机构设置于所述机器人身体部分顶部，所述旋翼飞行机构能够带动整个装置飞行。
2.根据权利要求1所述的跃翔一体装置，其特征在于：还包括电驱动装置和无线控制器，所述电驱动装置能够驱动所述多连杆机构屈折并使得所述储能元件储能；所述无线控制器能够控制所述电驱动装置进行工作。
3.根据权利要求2所述的跃翔一体装置，其特征在于：所述多连杆机构包括仿胯骨关节连杆、仿股节伸肌连杆、仿股节屈肌连杆、仿股节支架、仿膝关节、第一仿径节连杆、第二仿径节连杆、仿附节连杆；
其中，所述仿胯骨关节连杆的中部绕水平轴能够转动地设置于所述机器人身体部分上，所述仿胯骨关节连杆的两端分别与所述仿股节伸肌连杆和所述仿股节屈肌连杆的一端铰接，所述仿股节伸肌连杆和所述仿股节屈肌连杆的另一端均铰接于所述仿膝关节上，且所述仿股节伸肌连杆和所述仿股节屈肌连杆穿插设置，所述仿股节支架的一端铰接于所述机器人身体部分，另一端与所述仿膝关节铰接，所述第一仿径节连杆的一端铰接于所述仿股节支架靠近所述仿膝关节的部分，所述第一仿径节连杆的另一端铰接于所述仿附节连杆的一端，所述仿附节连杆另一端铰接于所述足垫上，所述第二仿径节连杆的一端固定连接于所述仿膝关节上，另一端铰接于所述仿附节连杆上；
所述储能元件为扭簧，所述扭簧安装于所述机器人身体部分与所述仿股节支架的铰接处，下压所述机器人身体部分能够使得所述机器人身体部分和所述仿股节支架之间的角度变小并使得所述扭簧发生扭转变形进行储能。
4.根据权利要求3所述的跃翔一体装置，其特征在于：所述扭簧为双扭簧。
5.根据权利要求3所述的跃翔一体装置，其特征在于：所述电驱动装置包括起跳蓄能电机、主动齿轮和从动齿轮，所述起跳蓄能电机固定于所述起跳蓄能电机，所述主动齿轮安装于所述起跳蓄能电机的电机轴上，所述从动齿轮固定安装于所述仿胯骨关节连杆上且能够与所述主动齿轮啮合传动；
所述起跳蓄能电机驱动所述主动齿轮带动所述从动齿轮转动时能够使得所述多连杆机构屈折并使得所述储能元件储能；
当所述主动齿轮转动至一定角度后，所述主动齿轮和所述从动齿轮解除啮合，在所述扭簧的反弹力作用下所述多连杆机构伸展实现起跳。
6.根据权利要求5所述的跃翔一体装置，其特征在于：所述主动齿轮为不完全齿轮，当所述主动齿轮旋转至没有齿的部分正对所述从动齿轮时两者即解除啮合。
7.根据权利要求2所述的跃翔一体装置，其特征在于：所述无线控制器还能够控制所述旋翼飞行机构的启闭。
8.根据权利要求1所述的跃翔一体装置，其特征在于：所述旋翼飞行机构包括空心杯电机、螺旋桨，所述空心杯电机绕一水平轴能够转动地与所述机器人身体部分连接。
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