一種自主復(fù)位三檔變速?gòu)椞苿?dòng)機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器人領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種自主復(fù)位三檔變速?gòu)椞苿?dòng)機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，移動(dòng)機(jī)器人主要采用輪式、履帶式和腿式三種運(yùn)動(dòng)方式。輪式機(jī)器人具有高速高效的特點(diǎn)，技術(shù)成熟，但是越障能力差，不能適應(yīng)復(fù)雜地形環(huán)境。履帶式機(jī)器人適應(yīng)能力強(qiáng)，設(shè)計(jì)緊湊，具有良好的環(huán)境適應(yīng)性，但存在重量大、摩擦阻力較大、能耗高的缺點(diǎn)。腿式機(jī)器人機(jī)動(dòng)性好、越障能力強(qiáng)，但是自主控制復(fù)雜。作為腿式機(jī)器人中的彈跳機(jī)器人，由于其越障能力強(qiáng)，可適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境的特點(diǎn)成為機(jī)器人研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。
[0003]國(guó)內(nèi)外有關(guān)彈跳機(jī)器人的研究有:I)瑞士洛桑聯(lián)邦理工大學(xué)研發(fā)的一種微型雙腿蚱蜢彈跳機(jī)器人，其設(shè)計(jì)靈感來(lái)自于蚱蜢。該機(jī)器人可以彈跳自身27倍的高度，成為機(jī)器人跳高之最。通過(guò)在外部增加一個(gè)球形籠子裝置來(lái)轉(zhuǎn)向和減震，但是增加后由于質(zhì)量增大，實(shí)驗(yàn)表明彈跳性能，即包括跳高度和跳遠(yuǎn)度，都有明顯減小。2)日本東京大學(xué)的RyumaNiiyama研發(fā)的仿生雙足氣動(dòng)跳躍機(jī)器人Mowgli。該彈跳機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)器采用人工氣動(dòng)肌肉，能夠較為逼真地模擬生物體的起跳過(guò)程。跳躍的高度為其自身高度的50%以上，并且落地時(shí)對(duì)地面的沖擊力較小。但該機(jī)器人沒有考慮轉(zhuǎn)向功能和傾倒后自主復(fù)位功能，不能實(shí)現(xiàn)自主連續(xù)跳躍，并且人工氣動(dòng)肌肉體積大、價(jià)格昂貴，目前該項(xiàng)技術(shù)還沒能投入到實(shí)際應(yīng)用。3)發(fā)明專利201446986U中公開了“一種仿生彈跳機(jī)器人”。該仿生彈跳機(jī)器人是基于儲(chǔ)能可調(diào)的齒輪-五桿仿生彈跳機(jī)構(gòu)，起跳角度、桿長(zhǎng)和儲(chǔ)能均可調(diào)，且能實(shí)現(xiàn)自主控制；但通過(guò)調(diào)節(jié)儲(chǔ)存的能量而不是跳躍的姿態(tài)來(lái)改變跳躍高度和距離這一性能，調(diào)節(jié)幅度有限，且腳底板和小腿是一種固定運(yùn)動(dòng)模式傳動(dòng)，不具備腿部柔性特性；在與地面發(fā)生碰撞時(shí)產(chǎn)生較大的沖擊力，對(duì)機(jī)器人本體易造成破壞，同時(shí)大的沖擊載荷造成機(jī)器人落地時(shí)容易發(fā)生傾翻，傾翻后不能自主復(fù)位，導(dǎo)致機(jī)器人機(jī)動(dòng)性能和實(shí)際應(yīng)用可行性降低。4)在專利100429112中提出了“一種輪腿彈跳復(fù)合式移動(dòng)機(jī)器人”。該輪腿彈跳復(fù)合式移動(dòng)機(jī)器人的主體是四輪驅(qū)動(dòng)機(jī)器人，通過(guò)在車底部增加彈簧，但彈簧儲(chǔ)能能力和彈跳高度有限，彈跳機(jī)構(gòu)在落地時(shí)有沖擊力。5)專利102267502中涉及“一種跳躍可調(diào)的彈跳機(jī)器人”，實(shí)現(xiàn)了跳躍度可調(diào)，機(jī)器人通過(guò)外部齒輪組嚙合和松開實(shí)現(xiàn)不同傳動(dòng)比的調(diào)節(jié)；但變傳動(dòng)比的機(jī)構(gòu)復(fù)雜，可靠性較低，變傳動(dòng)比機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)需要兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，增加了機(jī)器人控制的復(fù)雜程度；同時(shí)電機(jī)的增加使得機(jī)器人總體重量增加，彈跳性能降低，且沒有通過(guò)調(diào)整機(jī)器人的跳躍姿態(tài)達(dá)到跳躍高度和遠(yuǎn)度的調(diào)節(jié)。彈跳機(jī)構(gòu)在落地時(shí)有沖擊力，沒有考慮彈跳平穩(wěn)落地問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為增強(qiáng)機(jī)器人對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力，提高機(jī)動(dòng)性能，克服現(xiàn)有技術(shù)中機(jī)器人傾翻不能自主復(fù)位，彈跳高度和距離不能調(diào)節(jié)的缺陷，本發(fā)明提出一種自主復(fù)位三檔變速?gòu)椞苿?dòng)機(jī)器人。彈跳移動(dòng)機(jī)器人利用凸輪實(shí)現(xiàn)三個(gè)檔位齒輪組的嚙合與脫離，使得不完全齒輪變速機(jī)構(gòu)能改變關(guān)節(jié)角傳動(dòng)比，從而改變彈跳姿態(tài)，改變彈跳的高度和距離，并且采用一個(gè)電機(jī)來(lái)控制換擋變速和鎖定釋放機(jī)構(gòu)的關(guān)節(jié)。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:自主復(fù)位三檔變速?gòu)椞苿?dòng)機(jī)器人，包括彈跳與姿態(tài)鎖定裝置、變速機(jī)構(gòu)與鎖定釋放一體裝置、落地緩沖裝置、傾倒復(fù)位裝置，彈跳與姿態(tài)鎖定裝置連接為一體，實(shí)現(xiàn)彈跳能量的存儲(chǔ)和釋放功能，彈跳落地后將機(jī)器人的兩個(gè)關(guān)節(jié)鎖死；變速機(jī)構(gòu)設(shè)置三個(gè)檔位，分別對(duì)應(yīng)不同的傳動(dòng)比，改變關(guān)節(jié)角比例，實(shí)現(xiàn)彈跳的高度和距離；鎖定釋放裝置與變速機(jī)構(gòu)由同一個(gè)角度可調(diào)的舵機(jī)驅(qū)動(dòng)，完成關(guān)節(jié)角的鎖定與釋放功能Γ落地緩沖裝置采用彈簧來(lái)減小落地時(shí)地面沖擊力，實(shí)現(xiàn)落地緩沖；傾倒復(fù)位裝置用于彈跳落地傾倒后使機(jī)器人復(fù)位；其特征在于所述彈跳與姿態(tài)鎖定裝置包括后腿桿、拉伸彈簧、彈簧軸、踝關(guān)節(jié)軸、絲杠軸、絲杠螺母、滾珠絲杠、絲杠支架、絲杠軸承后座、齒條、機(jī)身、機(jī)身連接座、絲杠電機(jī)、舵機(jī)固定架、大腿、小腿、腳底板，其中后腿桿、絲杠、絲杠支架、機(jī)身連接座、大腿、小腿、腳底板形成齒輪上置五桿機(jī)構(gòu)；絲杠電機(jī)固定在舵機(jī)固定架上，絲杠電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠螺母與滾珠絲杠配合，拉伸彈簧拉長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能；舵機(jī)固定架與絲杠支架、踝關(guān)節(jié)軸、絲杠軸、絲杠螺母、滾珠絲杠連接，當(dāng)完成跳躍后，絲杠電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，齒條沿絲杠支架移動(dòng)并帶動(dòng)調(diào)姿外齒輪旋轉(zhuǎn)，調(diào)姿外齒輪與調(diào)姿內(nèi)齒輪帶動(dòng)鎖死齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，半圓凸輪與棘爪脫離，棘爪在復(fù)位彈簧的作用下與棘輪嚙合，機(jī)器人姿態(tài)被鎖死；腳底板通過(guò)踝關(guān)節(jié)軸繞后腿桿轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0006]所述變速機(jī)構(gòu)與鎖定釋放一體裝置包括第一變傳動(dòng)大齒輪、第二變傳動(dòng)大齒輪、第三變傳動(dòng)大齒輪、第一變傳動(dòng)嚙合齒輪、第二變傳動(dòng)嚙合齒輪、第三變傳動(dòng)嚙合齒輪、第一小齒輪、第二小齒輪、第三小齒輪、第一推桿、第二推桿、第三推桿、第一變速凸輪、第二變速凸輪、第三變速凸輪、輸入軸、機(jī)身前軸、機(jī)身后軸、變傳動(dòng)銷、調(diào)姿外齒輪、中間齒輪、調(diào)姿內(nèi)齒輪、鎖死齒輪、半圓凸輪、棘爪、銷軸、棘輪、棘爪齒輪、變速舵機(jī)，第一變速凸輪、第二變速凸輪、第三變速凸輪依次固定在輸入軸上，三個(gè)變速凸輪分別與第一推桿、第二推桿、第三推桿配合，第一小齒輪、第二小齒輪、第三小齒輪和第一變傳動(dòng)嚙合齒輪、第二變傳動(dòng)嚙合齒輪、第三變傳動(dòng)嚙合齒輪分別與機(jī)身前軸連接，第一變傳動(dòng)大齒輪、第二變傳動(dòng)大齒輪、第三變傳動(dòng)大齒輪與機(jī)身后軸固連；第一變傳動(dòng)大齒輪與第一小齒輪嚙合，傳動(dòng)比為2:1，第二變傳動(dòng)大齒輪與第二小齒輪嚙合，傳動(dòng)比為3:1，第三變傳動(dòng)大齒輪與第三小齒輪嚙合，傳動(dòng)比為4:1 ;第三變速凸輪推動(dòng)第三推桿移動(dòng)，第三推桿內(nèi)齒與第三變傳動(dòng)嚙合齒輪在相位O度時(shí)嚙合，第二變速凸輪推動(dòng)第二推桿移動(dòng)，第二推桿內(nèi)齒與第二變傳動(dòng)嚙合齒輪在相位120度時(shí)嗤合，第一變速凸輪推動(dòng)第一推桿移動(dòng)，第一推桿內(nèi)齒與第一變傳動(dòng)嚙合齒輪在相位240度時(shí)嚙合，實(shí)現(xiàn)變速機(jī)構(gòu)三個(gè)檔位的傳動(dòng)；當(dāng)處于鎖定狀態(tài)時(shí)，固定在大腿上的棘輪與中間齒輪嚙合，中間齒輪、調(diào)姿外齒輪、調(diào)姿內(nèi)齒輪通過(guò)機(jī)身后軸和機(jī)身前軸固定在絲杠支架上，棘爪與棘輪配合固定機(jī)身與絲杠支架的夾角、機(jī)身與大腿的夾角，當(dāng)拉伸彈簧儲(chǔ)能前，完成關(guān)節(jié)角的鎖定；變速舵機(jī)通過(guò)棘爪齒輪、鎖死齒輪帶動(dòng)半圓凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，半圓凸輪撥動(dòng)棘爪與棘輪脫離嚙合，關(guān)節(jié)角的鎖定即被解除；當(dāng)拉伸彈簧完成儲(chǔ)能，機(jī)器人彈跳時(shí)進(jìn)行關(guān)節(jié)的釋放，拉伸彈簧釋放能量機(jī)器人彈跳，實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)的鎖定與釋放功會(huì)K ;
[0007]所述傾倒復(fù)位裝置包括弧形臂、復(fù)位軸、加強(qiáng)軸、復(fù)位舵機(jī)、復(fù)位齒輪、小帶輪、機(jī)身復(fù)位架、支撐座、大帶輪、舵機(jī)座，復(fù)位舵機(jī)固定在機(jī)身復(fù)位架上，且與小帶輪連接，兩復(fù)位軸通過(guò)支撐座分別連接在機(jī)身復(fù)位架兩端上部，復(fù)位軸的兩端分別與兩弧形臂連接，大帶輪固定在復(fù)位軸上一端，復(fù)位齒輪固定在另一復(fù)位軸上一端，兩加強(qiáng)軸分別位于兩復(fù)位軸的上方與弧形臂連接，復(fù)位舵機(jī)通過(guò)小帶輪帶動(dòng)大帶輪和同側(cè)弧形臂轉(zhuǎn)動(dòng)，復(fù)位舵機(jī)通過(guò)復(fù)位齒輪帶動(dòng)同側(cè)弧形臂轉(zhuǎn)動(dòng)，兩邊弧形臂轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反；復(fù)位舵機(jī)通過(guò)舵機(jī)座固定在機(jī)身上；當(dāng)發(fā)生傾倒時(shí)，復(fù)位舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)弧形臂向外張開，轉(zhuǎn)動(dòng)角度增大，一邊弧形臂撐地，機(jī)身回復(fù)到水平位置，復(fù)位舵機(jī)反