[发明专利]一种单电机驱动可爬行的弹跳机器人

说明书

技术领域

本发明属于机器人技术领域，涉及机器人的爬行与弹跳设计，为一种单电机驱动可爬行的弹跳机器人。

背景技术

移动机器人的发展所要解决的一个突出问题是运动地形适应能力的提升。轮式机器人和履带式机器人在遇到较自身尺寸大的障碍物或沟壑时往往不能顺利通过或者运动精度低。多自由度的步行和爬行机器人控制复杂、运动缓慢，遇到较大障碍物或沟壑时同样无能为力。而跳跃式机器人具有运动范围大、越障能力强和躲避危险快等特点，能够增强机器人的环境适应能力，克服地面崎岖和障碍物阻挡带来的困难。单纯的弹跳运动又不够灵活和节能。

发明内容

本发明要解决的问题是：移动机器人对运动地形的适应能力需要提升，现有技术中的移动机器人存在不适用于大尺寸障碍物、运动精度低、控制复杂等问题，以及运动方式不够灵活和节能的问题。

本发明的技术方案为：一种单电机驱动可爬行的弹跳机器人，由机架、电源模块、传感装置、控制装置、驱动机构、弹跳机构和爬行机构组成，机架用于安装固定所述模块、装置和机构，电源模块为传感装置、控制装置和驱动机构供电，传感装置、控制装置、驱动装置依次连接；机架面向机器人前进方向的端面为前端面，相对的另一端为后端面；

所述的弹跳机构包括弹跳齿轮、弹跳单向轴承、圆柱凸轮、滚轮、滑块、挡板、滑轮、滑块滑轮连接件、拉绳、并脚、一对扭力弹簧、扭簧轴、一对扭簧轴套、前端面轴承和后端面轴承，前端面轴承安装在机架的前端面上，后端面轴承安装在机架的后端面上，圆柱凸轮通过前端面轴承和后端面轴承与机架连接，圆柱凸轮上设有封闭的具有急回特性往复运动的螺旋线槽，升程的螺旋线螺距随着升程逐渐变小，回程的螺旋线直接穿过升程的螺旋线槽到达初始位置；弹跳单向轴承内圈过盈配合安装在圆柱凸轮靠近机架后端面的一端，弹跳齿轮过盈配合安装在弹跳单向轴承外圈上，弹跳齿轮与驱动机构中的电机齿轮啮合，挡板固定在机架底面上，挡板与机架底面之间形成滑动凹槽，滑块在机架和挡板之间的滑动凹槽中顺着机器人前后两个方向滑动；滚轮为横截面为椭圆形的立体柱子，安装在滑块上，滚轮下表面和滑块贴合，上表面与圆柱凸轮上的螺旋线槽的内表面贴合，其侧面与圆柱凸轮表面螺旋线槽的侧面相切，圆柱凸轮转动带动滚轮顺着螺旋线槽运动，从而带动滑块在滑动凹槽中沿机架的前后两个方向滑动；滑轮通过滑块滑轮连接件与滑块连接，拉绳一端固定在机架的后端面上，绕过滑轮后，另一端固定在并脚上；扭簧轴固定在机架的后端面的外侧，一对扭簧轴套分别固定在扭簧轴的两端，一对扭力弹簧分别套在两个扭簧轴套上，扭力弹簧的一个力臂固定在机架的后端面上，另外一个力臂固定在并脚上；

所述爬行机构包括爬行齿轮、爬行单向轴承、传动轴、前驱动杆、后驱动杆、一对圆盘凸轮、一对前腿、一对后腿、支腿连杆、一对扭簧，传动轴安装在机架的前后端面之间并左右居中，爬行单向轴承内圈过盈配合安装在传动轴靠近机架后端面一端，并与后端面内侧贴合，爬行齿轮过盈配合安装在爬行单向轴承外圈上，爬行齿轮与驱动机构中的电机齿轮啮合，驱动机构的直流电机通过电机齿轮和爬行齿轮带动传动轴转动，前驱动杆和后驱动杆套接固定在传动轴上，并随传动轴的转动而转动，前驱动杆和后驱动杆在圆周相位上呈相差90度十字交叉；所述前腿和后腿上各设有一个机架连接轴和一个传动连接轴，前腿和后腿的一端通过机架连接轴成对安装在机架左、右端面上，并可在竖直平面内以机架连接轴为轴心摆动，前腿和后腿的另一端触地，支持机器人站立；所述圆盘凸轮设有一个圆心孔和一个偏心孔，通过所述圆心孔分别套接固定在前腿的机架连接轴上，两个前腿随两个圆盘凸轮的转动而摆动，所述偏心孔套接在前腿的传动连接轴上；两个圆盘凸轮上分别设有一对凸块，所述一对凸块的位置分别对应前驱动杆和后驱动杆，前驱动杆和后驱动杆转动时拨动所述凸块，带动圆盘凸轮转动，且前驱动杆或后驱动杆拨动一个圆盘凸轮转动的同时，拨动另一个圆盘凸轮以相反方向转动；位于机架同一端面的前腿与后腿通过支腿连杆连接，支腿连杆的两端套接在传动连接轴上，构成销轴连接，支腿连杆与前腿的连接点在前腿与机架连接轴的下方，支腿连杆与后腿的连接点在后腿与机架连接轴的上方；所述一对扭簧分别套在一对前腿的连接轴上，扭簧的一个力臂安装在前腿上，另外一个力臂安装在机架上；