[发明专利]一种球形跳跃机器人

说明书

技术领域：

本发明隶属于特种机器人领域，具体涉及一种用于复杂环境下探测的可滚动可跳跃的复合式机器人。

背景技术：

复杂环境下探测，包括星际探索、反恐、军事、考古及救灾等领域的探测，在这些情况下，机器人可能遇到较为平坦的地面，也可能遇到较大尺寸的障碍物。球形机器人和跳跃机器人是两类广泛应用于探测的机器人。

球形机器人是一类新型的移动式机器人，它具有一个球形或类球形的封闭外壳，以滚动的方式行走。球形机器人具有在平坦地面运动能量利用效率高、能够全方位运动、封闭的球壳能够有效保护内部装置及仪器等优点。然而，由于球形机器人这一特殊的运动方式，驱动力矩是有限的，因此遇到较大尺寸的障碍物时往往无可奈何。

跳跃机器人是一类以跳跃的方式前进的机器人，它一般通过储能装置快速释放能量使机器人获得很高的跳跃初始速度，因而跳跃机器人能够轻而易举地越过数倍于自身尺寸的障碍物。然而目前的跳跃机器人一般具有在平坦地面运动时能量利用效率相对球形机器人比较低、不能够自动重复地跳跃、跳跃方向和跳跃角度不可调等缺点。

由前所述，目前球形机器人和跳跃机器人由于设计上的缺陷具有以上描述的部分或全部缺点，因此在复杂环境下都不能很好地完成任务，如何增强机器人的对环境的适应能力已成为复杂环境下的探测的难点。

发明内容：

本发明所述的球形跳跃机器人，是将球形机器人与跳跃机器人的结构有机地结合起来，设计出一种既能在地面上滚动又能够跳起越过障碍物的机器人，然而其功能不仅仅局限于球形机器人和跳跃机器人的简单组合，除了能够在地面自由滚动和跳起越过障碍物，球形跳跃机器人还可以自主调整跳跃方向和跳跃角度、自主重复跳跃、在滚动过程中跳跃，因此能够在复杂环境下较为完美地完成探测任务。

本发明在地面上的滚动是通过一个电机驱动改变偏心块的向前偏转角度，另一个电机驱动旋转机器人内部整体结构，两个电机的共同作用使偏心块偏转一定角度来实现的。

本发明的能量储存是通过线性弹簧、连杆实现的特殊的储能方式，传动箱体位移和力是非线性关系，开始起跳时作用力小，加速度小，随后作用力变大，加速度也增大，这样能够有效预防提前起跳。偏心块和内部整体结构只与轴承接触，所以滚动时内部摩擦力小。传动箱体通过直线轴承与导杆连接，也能够有效减小摩擦。

本发明自主调整跳跃方向和跳跃角度是改变偏心块的偏转角度从而改变导杆的朝向这一特殊方式来实现的。

本发明设计的能量释放是储存是通过能量驱动装置实现的，能量驱动装置包括不完全齿轮、齿轮、单向轴承、棘轮、棘爪、弹簧、线轮、轴、电机等零件，仅由一个电机驱动便可以实现触发释放能量、储存能量和传动箱体位置锁定的功能。

附图说明：

图1：本发明总体结构三维模型图。

图2：本发明机构运动示意图。

图3：本发明机械机构主视图。

图4：本发明机械机构右视图。

图5：本发明机械机构俯视图。

图6：本发明局部剖视图A-A。

图7：本发明跳跃驱动装置三维模型图。

图中：1-推力球轴承，2-下球壳，3-偏心块，4-弹簧，5-轴，6-传动箱体，7-上球壳，8-齿轮，9-齿轮，10-电机，11-导杆，12-直线轴承，13-连杆，14-电机，15-连杆，16-深沟球轴承，17-弹簧，18-齿轮，19-齿轮，20-棘轮，21-轴，22-线轮，23-齿轮，24-不完全齿轮，25-电机，26-轴，27-单向滚针轴承，28-轴，29-键，30-棘爪。

具体实施方式：

下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明。

实施样例1：

在本实施例中，球形跳跃机器人在地面上沿一条直线滚动。如图1和图5所示，电机14通过齿轮19、18传动驱动轴5旋转，则与其连接杆13和偏心块3也转过一定角度，从而使重心偏移，机器人向前滚动。控制电机14的转速使连接杆13和偏心块3不断地与竖直方向偏离一定角度，便可以使机器人不断地向前滚动，当然，控制电机14的转速也可以控制机器人向前滚动的速度和加速度。

实施样例2：

在本实施例中，球形跳跃机器人零半径转弯。如图1所示，电机10通过齿轮9、8传动驱动使内部所有部件旋转一定角度，从而改变了内部结构的朝向，之后偏心块3偏移时机器人的移动方向相对原来就转向了。需要注意的是，零半径转弯只有在机器人处于导杆11竖直的姿态时才可实现。

实施样例3：