[发明专利]一种仿生扑翼与弹跳多模式运动机器人

说明书

技术领域

本发明涉及机械学、仿生学、机器人技术、弹跳机器人、扑翼机器人、侦查探测、环境监测，特别涉及一种仿生扑翼与弹跳多模式运动机器人。

背景技术

扑翼机器人相比于固定翼和旋翼机器人具有高效性、敏捷性和隐蔽性等优点，可执行大范围侦察探测、安全巡检和灾后搜救等任务，在军事和民用领域都有着良好的应用前景。但目前扑翼机器人还很难实现自主起飞，往往依靠操作者抛投或依靠起落架等辅助设备实现起飞，这限制了该类机器人的广泛应用。目前扑翼机器人能源供应有限，连续飞行时间短，作业半径小。在能量接近耗尽时，若能够自主降落进行能量补给，然后自主起飞继续执行任务，将大大提高扑翼机器人的实用价值。这种具有自主起飞和降落功能的扑翼机器人可以应用于侦查探测和环境监测等领域。自然界许多动物和昆虫都具有弹跳运动功能，弹跳运动帮助它们捕捉猎物和躲避天敌。模仿弹跳动物和昆虫而设计的弹跳机器人在崎岖环境中，相比于轮式和履带式机器人具有更强的运动能力，可以越过高于其自身高度数倍的障碍物。在环境监测中，带有无线传感器网络监测节点的弹跳机器人可以弹跳到较高的位置，增强无线通信链路质量，提高监测网络的稳定性，因此弹跳机器人可以作为监测节点，应用于各种侦查探测和环境监测等领域。但是目前弹跳机器人的软着陆问题还难以解决，这限制了弹跳机器人的广泛应用。

自然界鸟类往往依靠其腿足的弹跳和翅膀的扑动实现多模式运动，扑翼起飞可以借助弹跳蹬地提供一定的初速度和高度，更易于起飞，而弹跳运动可以借助扑翼运动实现空中姿态控制和软着陆。

中国专利201110096245.5提出一种弹跳起飞的微型扑翼飞行器，其弹跳机构和扑翼机构独立驱动，而扑翼运动和弹跳运动都对机器人本身的质量很敏感，这种独立驱动系统将增加机器人的总体质量，在现有技术水平下，其实现的可行性不强。

本发明专利针对目前扑翼机器人自主起飞和弹跳机器人软着陆等问题，并克服中国专利201110096245.5中扑翼飞行器的不足，将扑翼运动和弹跳运动综合考虑，运用耦合设计思想，使用一套驱动系统同时实现机器人的扑翼运动和弹跳运动，能够提供一套切实可行的扑翼与弹跳多模式运动机器人设计方法，对于这两类机器人的实用化具有一定的帮助作用。

发明内容

技术问题  本发明所要解决的技术问题在于，克服扑翼机器人的自主起飞和弹跳机器人的软着陆问题，设计一种仿生扑翼与弹跳多模式运动机器人。

技术方案  本发明的技术方案为：

一种仿生扑翼与弹跳多模式运动机器人，包括机架以及设置在所述机架上的弹跳机构、扑翼机构和驱动机构，其特征在于：

所述的弹跳机构包括足部、折叠机构、扭簧架子以及绞盘轮，所述的折叠机构下端与所述的足部连接，所述折叠机构的上端与所述的扭簧架子连接，在所述的扭簧架子上还设置有扭簧，该扭簧的一端与所述的折叠机构固定，扭簧的另一端与所述的扭簧架子固定，在所述的折叠机构上还连接有一驱动所述折叠机构折叠或展开的拉绳，该拉绳的另一端缠绕在所述的绞盘轮上；

所述的扑翼机构包括左右对称的两个翅膀机构和两个尾翼机构，所述的翅膀机构由曲柄、球头一、连杆、球头二、摇杆、前缘架和翼面组成，所述曲柄和所述连杆一端通过所述球头一连接，所述连杆的另一端和所述摇杆中部通过所述球头二连接，所述摇杆一端铰接安装在所述机架上，所述摇杆的另一端安装有所述前缘架，所述的翼面安装在所述前缘架上；所述的尾翼机构由尾翼连接架、尾翼舵机、尾翼舵盘、尾翼拉杆、尾翼球头、尾翼连接件、尾翼安装架和尾翼翼面组成，所述尾翼连接架、尾翼舵机以及尾翼连接件安装在所述机架上，所述尾翼舵盘安装在所述尾翼舵机输出轴上，所述尾翼拉杆一端与所述尾翼舵盘端部铰接，所述尾翼拉杆另一端通过所述尾翼球头与所述尾翼安装架连接，所述尾翼安装架与所述尾翼连接件铰接，所述尾翼翼面安装在所述尾翼安装架后端部；

所述的驱动机构包括驱动电机、齿轮传动机构以及棘轮机构，所述的齿轮传动机构包括输入齿轮以及与所述输入齿轮啮合的输出齿轮，所述的电机输出轴与所述输入齿轮连接，所述的输出齿轮包括一缺齿齿轮、与所述曲柄连接的曲柄齿轮以及与所述绞盘轮连接的绞盘轮齿轮，所述的曲柄齿轮的齿轮轴与所述的输出齿轮传动，在所述曲柄齿轮的齿轮轴上设置有一单向轴承，在所述的单向轴承上设置有一曲柄附齿轮，所述的曲柄附齿轮与所述缺齿齿轮无缺齿的半边啮合，所述绞盘轮齿轮与所述缺齿齿轮有缺齿的半边啮合，所述的棘轮机构包括棘轮和棘爪，所述的棘轮与所述缺齿齿轮同轴固接，所述的棘爪安装在所述的机架上。