[发明专利]一种具有姿态调整功能的仿蝗虫机器人

说明书

技术领域

本发明涉及智能机器人领域，具体来说，是一种具有姿态调整功能的仿蝗虫机器人，可应用于跳跃机器人，使其在跳跃腾空后自主调整机体姿态并稳定转化为滑翔或扑翼飞行状态，也可衍化并应用在仿生飞鸟、仿生昆虫等一类仿生扑翼飞行机器人以及滑翔式小型无人机上。

背景技术

地面移动机器人在深空探测、军事侦查及反恐防爆等领域具有广阔的应用前景和重要的战略意义。在这些领域中往往地形环境未知或很复杂，存在各式各样的障碍物或沟渠，这就要求机器人具有很强的地形适应性和越障能力。为了解决微小型移动机器人的越障难题，国内外研究人员正在研究探索各种高越障性的机器人，其中跳跃机器人可以越过数倍甚至数十倍于自身尺寸的障碍物，特别是在星际探索中，由于月球与火星表面重力加速度低于地球(火星38％，月球17％)，弹跳运动能充分利用这个优势，早在1969年美国就有人研制弹跳机构以用于月球探索。最近由美国波士顿公司研制的Sand Flea是跳跃机器人投入到实际应用中的代表，该机器人具有强大的跳跃能力（跳跃高度达7.5米），已于2010年装备美国军方，用于侦察、搜救等方面。由此可见跳跃机器人具有高效的越障能力和广阔的应用前景。

在跳跃机器人研究中，很多都是模仿具有跳跃能力的生物。公开号为101716962A的发明专利《一种仿蝗虫弹跳翻转机器人》，公开号为102092431A的发明专利《一种仿蝗虫弹射机理的跳跃机器人》以及公开号为202508192U的实用新型专利《一种仿蝗虫的弹跳机构》中均提出了仿蝗虫跳跃机器人的新颖设计。但是，几乎所有的跳跃机器人都面临空中姿态翻转或偏转的问题，由此会造成空中飞行姿态不可控，落地易发生冲击和倾覆。尽管目前一些跳跃机器人具备落地后的姿态恢复能力，但巨大的落地冲击仍会对机器人造成较大损坏。蝗虫集跳跃、滑翔及飞行能力于一身，一般蝗虫通过跳跃的腾空高度可以达到自身身长的10倍以上。特别是，蝗虫可以在空中通过自身细长柔软的腹部摆动和双翼的运动快速改变其姿态，然后通过稳定滑翔增加跳跃距离，落地姿态稳定性好且冲击小。受此启发，研究仿蝗虫的空中姿态调整技术，为上述问题提供技术支撑。

现有技术中，对仿生机器人空中姿态控制的研究集中在仿生扑翼飞行器，且都是基于扑翼气体动力学的姿态控制。而国外一些研究人员，针对猫的跌落姿态调整提出了一些多自由度变结构机体的机构模型，解释了猫的姿态调整原理；针对蜥蜴、壁虎采用尾巴摆动控制自身空中姿态的现象，研制了附加尾巴的机器小车，能够实现小车俯冲时的姿态调节。截至目前，尚未出现采用仿生多自由度可变机体结构和扑翼运动共同调整空中姿态的设计和研究。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明在研究并揭示蝗虫空中姿态自调整机理的基础上，提出一种具有姿态调整功能的仿蝗虫机器人，可通过仿蝗虫腹部运动的尾部机构和独立扑动的双翼实现空中非完整约束或无约束状态下的姿态调整和姿态控制。

一种具有姿态调整功能的仿蝗虫机器人，包括机身以及机身上安装的仿生折叠翼、可变姿态尾部与控制部分。

其中，机身左右两侧分别安装有一套由前翼板、后翼板、折叠翼板以及翼面构成的仿生折叠翼；两套仿生折叠翼均通过连接合页与机身相连；所述连接合页中的叶片A与矩形框架顶面固连，叶片B用来连接前翼板、后翼板与折叠翼板，具体为：前翼板一端与叶片B间通过第一连接轴轴接，后翼板一端与叶片间通过第二连接轴轴接；叶片B上沿连接合页轴向开有滑道；折叠翼板的滑动端与滑道滑动连接，连接端通过第三连接轴轴接在前翼板上；所述翼面固定在前翼板与后翼板上；当折叠翼板的滑动端位于滑道前端时，翼面处于展开状态；折叠翼板的滑动端位于滑道后端时，翼面处于收回状态。

所述可变姿态尾部包括横摆关节、纵摆关节、尾杆与配重，通过尾部安装架安装在机身上；所述尾部安装架由两根电机安装杆与一根连杆构成；两电机安装杆分别与机身后端面轴接，两电机安装杆间通过连杆相连；可变姿态尾部中，纵摆关节为杆状，一端活动套接在连杆中心位置；横摆关节活动套接在纵摆关节上；尾杆前端固定在横摆关节上，且与纵摆关节垂直设置；尾杆后端套接有配重。