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原文传递一种基于能量啮合转换的跳跃机器人弹跳机构

专利名称：	一种基于能量啮合转换的跳跃机器人弹跳机构
摘要：	本发明公开了一种基于能量啮合转换的跳跃机器人弹跳机构，包括主体支架和能量转换机构；能量转换机构包括驱动电机、传动单元和两组能量转换弹跳单元；两个能量转换弹跳单元分别位于主体支架外的两侧；能量转换弹跳单元包括主动非圆齿轮、从动非圆齿轮、圆齿轮、齿条、弹性组件和脚掌；从动非圆齿轮与主动非圆齿轮啮合；圆齿轮与从动非圆齿轮同轴设置；齿条的下端固定在脚掌上；圆齿轮与齿条啮合；弹性组件的下端设置在脚掌上，弹性组件包括弹簧。本发明具有能量转换效率高、电机利用率高、弹跳性能高等优点。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	南京工程学院
发明人：	王建;缪龙;王保升
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-18T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-08T00:00:00+0800
申请号：	CN201910648496.6
公开号：	CN110304166A
代理机构：	南京钟山专利代理有限公司
代理人：	刘佳慧
分类号：	B62D57/02(2006.01);B;B62;B62D;B62D57
申请人地址：	211167 江苏省南京市江宁区科学园弘景大道1号
主权项：	1.一种基于能量啮合转换的跳跃机器人弹跳机构，其特征在于：包括主体支架和能量转换机构；所述能量转换机构包括驱动电机、传动单元和两组能量转换弹跳单元；所述驱动电机固定在所述主体支架内；两个能量转换弹跳单元分别位于所述主体支架外的两侧；所述能量转换弹跳单元包括主动非圆齿轮、从动非圆齿轮、圆齿轮、齿条、弹性组件和脚掌；所述从动非圆齿轮与主动非圆齿轮啮合；所述圆齿轮与从动非圆齿轮同轴设置，并随其同步转动；所述齿条呈倒U形，具有两个直线段和上端的弧形段，齿条的下端固定在所述脚掌上；所述圆齿轮与齿条啮合；所述弹性组件的下端设置在所述脚掌上，弹性组件包括弹簧；所述驱动电机通过所述传动单元驱动两个能量转换弹跳单元的主动非圆齿轮转动，主动非圆齿轮转动带动从动非圆齿轮转动，圆齿轮随从动非圆齿轮转动、并在齿条的一个直线段上向下转动，所述弹性组件的上端和所述主体支架随之下移，所述弹簧被拉伸，储存弹性能量。 2.根据权利要求1所述的基于能量啮合转换的跳跃机器人弹跳机构，其特征在于：其中，所述主动非圆齿轮的齿轮节曲线，按顺时针方向，由主动增速段、主动等速段和主动减速段三段曲线依次首尾顺滑相接构成；按顺时针方向，所述主动增速段为渐缩曲线，主动等速段为等半径曲线，主动减速段为渐扩曲线；所述从动非圆齿轮的齿轮节曲线，按顺时针方向，由从动减速段、从动等速段和从动增速段三段曲线依次首尾顺滑相接构成；按顺时针方向，所述从动减速段为渐扩曲线，从动等速段为等半径曲线，从动增速段为渐缩曲线。 3.根据权利要求2所述的基于能量啮合转换的跳跃机器人弹跳机构，其特征在于：其中，所述弹性组件的弹簧储存弹性能量后，进入起跳阶段，所述驱动电机反向运转，弹簧收缩释放能量，弹性组件的上端随之上移，从而带动圆齿轮在齿条上向上转动，从动非圆齿轮随之同步转动，在该过程中，从动非圆齿轮的从动增速段与主动非圆齿轮的主动减速段啮合，从动非圆齿轮和主动非圆齿轮做增速传动；弹跳机构腾空后，圆齿轮继续在齿条上转动，从动非圆齿轮的从动等速段与主动非圆齿轮的主动等速段啮合，从动非圆齿轮和主动非圆齿轮做等速传动；当圆齿轮转动至齿条的另一个直线段时，圆齿轮沿该直线段向下转动，弹性组件的上端随之下移，弹簧被再次拉伸，储存弹性能量，弹跳机构在空中收腿，在收腿和着陆时，从动非圆齿轮的从动减速段与主动非圆齿轮的主动增速段啮合，从动非圆齿轮和主动非圆齿轮做减速传动。 4.根据权利要求1所述的基于能量啮合转换的跳跃机器人弹跳机构，其特征在于：还包括转向机构；所述转向机构包括转向舵机、转向齿轮轴、两个转向齿轮和两个转向盘；所述转向舵机固定在所述主体支架内；所述转向齿轮轴的中部设于主体支架内，两端穿过主体支架的侧面；两个所述转向齿轮分别位于所述主体支架外的两侧，固定安装在转向齿轮轴的两端；两个所述转向盘分别位于所述主体支架外的两侧、转向齿轮的后方；每个所述转向盘位于主体支架侧面与该侧相应的所述主动非圆齿轮之间，转向盘与主体支架的侧面转动连接，转向盘的前盘缘具有齿；所述转向齿轮与和其同侧的转向盘的前盘缘啮合；所述转向舵机运转，使转向齿轮轴转动，带动转向齿轮在转向盘的前盘缘上转动，主体支架随转向齿轮、绕其与转向盘的转动连接处为中心，进行俯仰转动。 5.根据权利要求4所述的基于能量啮合转换的跳跃机器人弹跳机构，其特征在于：其中，所述弹性组件还包括第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆；所述第一连杆和第二连杆的上端均铰接在所述转向盘的外侧面，第二连杆位于第一连杆的前侧；所述第三连杆的上端与所述第一连杆的下端铰接，下端与所述脚掌铰接；所述第四连杆的上端与所述第二连杆的下端铰接，下端与所述第三连杆的非端点处铰接；所述弹簧的一端与所述第一连杆和第三连杆的铰接处连接，另一端与所述第二连杆和第四连杆的铰接处连接；所述转向盘下移时，第一连杆和第二连杆的上端随之下移，第二连杆和第四连杆的铰接处、与第一连杆和第三连杆的铰接处分别向前后方向移动，所述弹簧被拉伸；所述弹簧释放能量时，第二连杆和第四连杆的铰接处、与第一连杆和第三连杆的铰接处分别向二者之间的方向移动，第一连杆和第二连杆的上端上移，转向盘随之上移。 6.根据权利要求5所述的基于能量啮合转换的跳跃机器人弹跳机构，其特征在于：其中，所述能量转换弹跳单元还包括若干根竖直设置、沿前后方向排列的导轨，导轨的底端固定在所述脚掌内；所述转向盘的下盘缘具有若干个导轨孔，与导轨的数量相等，并一一对应；所述导轨的顶端插入相应的导轨孔中，转向盘可沿导轨上下移动。 7.根据权利要求6所述的基于能量啮合转换的跳跃机器人弹跳机构，其特征在于：其中，所述传动单元包括二级齿轮轴；所述二级齿轮轴沿左右方向设置，中部位于所述主体支架内，位于所述转向齿轮轴的后方，两端均依次穿过主体支架的侧壁和所述转向盘；两个所述能量转换弹跳单元的主动非圆齿轮固定安装在二级齿轮轴的两个端部，随之转动；所述圆齿轮在所述齿条上转动时，带动所述从动非圆齿轮上下移动，从动非圆齿轮带动所述主动非圆齿轮上下移动，所述二级齿轮轴随主动非圆齿轮上下移动，并带动所述转向盘和主体支架上下移动。 8.根据权利要求7所述的基于能量啮合转换的跳跃机器人弹跳机构，其特征在于：其中，所述传动单元还包括一级齿轮轴、两个二级输入圆齿轮和两个二级输出圆齿轮；所述一级齿轮轴沿左右方向设置在所述主体支架内，位于所述二级齿轮轴与转向齿轮轴之间；两个所述二级输入圆齿轮分别固定安装在所述一级齿轮轴的两端，随之转动；两个所述二级输出圆齿轮位于主体支架内、固定安装在所述二级齿轮轴上，分别与两个二级输入圆齿轮相对应、并啮合；所述一级齿轮轴转动，两个二级输入圆齿轮和随之转动，并带动两个二级输出圆齿轮转动，二级齿轮轴随二级输出圆齿轮转动；所述传动单元还包括一级输入锥齿轮和一级输出锥齿轮；所述驱动电机的电机输出轴沿前后方向设置；所述一级输入锥齿轮与驱动电机的电机输出轴固定连接；所述一级输出锥齿轮固定安装在所述一级齿轮轴上，与一级输入锥齿轮啮合；所述驱动电机驱动一级输出锥齿轮转动，一级输出锥齿轮带动一级输出锥齿轮转动，一级齿轮轴随一级输出锥齿轮转动；所述二级输出圆齿轮的半径大于所述二级输入圆齿轮的半径。 9.根据权利要求6所述的基于能量啮合转换的跳跃机器人弹跳机构，其特征在于：其中，所述能量转换弹跳单元还包括三级齿轮轴；所述从动非圆齿轮和所述圆齿轮分别固定安装在所述三级齿轮轴的两端，通过三级齿轮轴同步转动；所述能量转换弹跳单元还包括系杆，系杆的一端套在所述三级齿轮轴上，位于所述从动非圆齿轮和所述圆齿轮之间，系杆的另一端套在所述二级齿轮轴的端部，所述主动非圆齿轮的外侧。 10.根据权利要求4所述的基于能量啮合转换的跳跃机器人弹跳机构，其特征在于：其中，所述转向机构还包括转向输入锥齿轮和转向输出锥齿轮；所述转向舵机的舵机输出轴沿前后方向设置；所述转向输入锥齿轮与转向舵机的舵机输出轴固定连接；所述转向输出锥齿轮固定安装在所述转向齿轮轴上，且与转向输入锥齿轮啮合；转向舵机驱动转向输入锥齿轮转动，转向输入锥齿轮带动转向输出锥齿轮转动，转向齿轮轴随转向输出锥齿轮转动。 11.根据权利要求1所述的基于能量啮合转换的跳跃机器人弹跳机构，其特征在于：其中，所述主动非圆齿轮的转动中心，位于所述齿条的竖直中心线所对应的位置处。 12.根据权利要求1所述的基于能量啮合转换的跳跃机器人弹跳机构，其特征在于：还包括尾杆机构；所述尾杆机构包括尾杆和俯仰尾杆单元；所述俯仰尾杆单元包括俯仰尾杆舵机、尾杆轴和尾杆安装体；所述俯仰尾杆舵机固定在所述主体支架内；所述尾杆轴沿左右方向设置在主体支架内；所述尾杆安装体中空，固定安装在尾杆轴上；主体支架的后板具有尾杆活动孔；所述尾杆的一端插入在尾杆安装体内，另一端从尾杆活动孔向后穿出；俯仰尾杆舵机运转，使尾杆轴转动，带动尾杆安装体转动，尾杆随之做俯仰运动；所述俯仰尾杆单元还包括俯仰尾杆输入齿轮和俯仰尾杆输出齿轮；所述俯仰尾杆舵机的舵机输出轴沿左右方向设置；所述俯仰尾杆输入齿轮与俯仰尾杆舵机的舵机输出轴固定连接；所述俯仰尾杆输出齿轮固定安装在所述尾杆轴上；俯仰尾杆舵机驱动俯仰尾杆输入齿轮转动，俯仰尾杆输入齿轮带动俯仰尾杆输出齿轮转动，尾杆轴随俯仰尾杆输出齿轮转动；所述俯仰尾杆输出齿轮的半径大于所述俯仰尾杆输入齿轮的半径。 13.根据权利要求12所述的基于能量啮合转换的跳跃机器人弹跳机构，其特征在于：其中，所述尾杆安装体呈半圆柱体形，由前侧的半圆弧板、左右两侧的两个半圆板和后侧的平板相接构成；所述平板具有尾杆插入孔，所述尾杆的前端从尾杆插入孔插入尾杆安装体；所述尾杆机构还包括左右尾杆单元；所述左右尾杆单元包括左右尾杆舵机、左右尾杆输入锥齿轮和左右尾杆输出锥齿轮；所述左右尾杆舵机的底面固定在所述尾杆安装体内的半圆弧板上；所述左右尾杆输入锥齿轮与左右尾杆舵机的舵机输出轴固定连接；所述左右尾杆输出锥齿轮固定在所述尾杆的前端，并与左右尾杆输入锥齿轮啮合；左右尾杆舵机驱动左右尾杆输入锥齿轮转动，在尾杆插入孔的限制下，左右尾杆输入锥齿轮带动左右尾杆输出锥齿轮转动，尾杆随左右尾杆输出锥齿轮的转动而左右摆动。
所属类别：	发明专利