[发明专利]一种基于凸轮突变的仿生青蛙弹跳机器人

说明书

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种基于凸轮突变的仿生青蛙弹跳机器人，包括壳体、安装在壳体内的跳跃装置、以及用于控制跳跃装置跳跃的控制装置；壳体包括外壳、设于外壳下方的下底板、以及用于连接外壳和下底板的两个侧边挡板；所述外壳通过螺栓与两个侧边挡板固定连接，两个侧边挡板通过螺栓与下底板固定连接。本发明利用凸轮机构转动时将自身行程量转化为弹簧压缩量使其储能，凸轮在回程时突变，瞬间释放弹簧能量，作用于后肢形成蹬地动作进行跳跃；利用摄像头通过分析捕捉到的颜色信号判断跳跃方向，舵机转动控制舵机臂带动前肢摆动，从而实现转向功能。本发明结构合理，性能优越，成本低，迎合市场需求，可用来满足人们的娱乐需求。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种基于凸轮突变的仿生青蛙弹跳机器人。

背景技术

21世纪初，在美国国家航空宇航局的喷气动力实验室(JPL)的带领下制造出了世界上第一台蛙形跳跃装置，该机器人通过利用六杆机构拟合腿部的特性，在一台电机的作用下实现间歇跳跃运动全过程，但是在平面上运动能力较差。在这之后，学者们通过观测青蛙游动或跳跃时四肢的周期运动，分析运动时骨骼角度等运动学信息，构建出更加简便紧凑的仿青蛙模型。相关的设计已运用于一些场合，充分说明了青蛙跳跃的应用价值。

而国内对于仿生青蛙跳跃机器人的研究起步比较晚。哈尔滨工业大学的张伟等人通过构建青蛙运动的机构模型，设计出基于气动肌肉驱动的仿生青蛙机器人结构，后肢具有三个关节由气动肌肉驱动，由弹簧复位，保证其持续运动。但此类仿生青蛙机器人造价偏高，结构复杂，一般用于学术研究等特殊用途，并未投入市场应用。另一方面，虽然国内很早就有一款青蛙玩具，其机械本质上是采用滑块摇杆机构驱动腿部来回摆动，驱动源来自弹簧，但该玩具青蛙实际上是一种费力驱动，而且弹簧蓄能后只是让其逐渐释放，没有让弹簧瞬间爆发，因此腿部驱动力小，从而要求青蛙小而轻，限制了青蛙的实用功能的拓展，仅局限于玩具。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于凸轮突变的仿生青蛙弹跳机器人，利用凸轮机构的行程运动量转化为弹簧压缩量，将弹簧压缩的弹性势能转化为腿部的动能使得机器人实现弹跳动作，结构简单，成本低廉，实现自动控制。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于凸轮突变的仿生青蛙弹跳机器人，包括壳体、安装在壳体内的跳跃装置、以及用于控制跳跃装置跳跃的控制装置；

所述壳体包括外壳、设于外壳下方的下底板、以及用于连接外壳和下底板的两个侧边挡板；所述外壳通过螺栓与两个侧边挡板固定连接，两个侧边挡板通过螺栓与下底板固定连接；

所述下底板的前端部设有前肢，所述前肢能够实现支撑、缓冲以及转向动作；所述外壳的内侧后端部设有一后盖，所述后盖通过螺栓与两个侧边挡板固定连接，所述后肢与所述后盖板接触，具体是：所述后盖板与所述弹簧接触，但不固连，所述后盖的内侧壁与弹簧的一端抵接，所述弹簧的另一端通过螺栓与后肢的上端部连接，当弹簧拉长时能够带动后肢实现蹬地跳跃动作；

所述壳体的前侧面上设有摄像头，所述摄像头能够捕捉到颜色信号并判断跳跃方向。

优选地，所述控制装置包括有刷电机、以及与有刷电机电性连接的单片机，所述单片机通过螺栓固定在下底板上，所述有刷电机通过齿轮组件与跳跃装置连接；所述齿轮组件包括与有刷电机输出轴连接的主动齿轮、以及设于主动齿轮一侧并与主动齿轮啮合的从动齿轮，所述侧边挡板的内侧壁上设有一电池盒，所述电池盒通过螺栓与侧边挡板固定连接，所述电池盒内置有电池，用于给机器人提供电源。

优选地，所述跳跃装置包括安装在两个侧边挡板之间的凸轮机构和弹簧蓄能弹跳机构，所述弹簧蓄能弹跳机构设于凸轮机构的后侧部；

所述凸轮机构包括与从动齿轮连接的凸轮轴，所述凸轮轴的两端部均通过轴承支座与两个侧边挡板固定连接，所述凸轮轴上中间位置套接一凸轮，所述凸轮的两侧部通过凸轮机构法兰安装有凸轮挡板；