[发明专利]一种用于扑翼机器人实现飞行与奔跑动作切换的变胞机构

说明书

本发明提供的变胞机构，包括支架以及设置在支架上的模式切换模块、延时模块、连接模块、外接腿连杆以及扑翼机器人的机身；模式切换模块主要由五杆连杆结构以及第三轴组成，第三轴与扑翼机器人步进电机的输出轴相连接，且与连接模块相配合；延时模块是由一对轴承座，第一轴，外啮合槽轮，转动拨盘，第二轴组成的槽轮机构；连接模块包括齿轮一和齿轮二，两个齿轮相互啮合；外接腿连杆与外啮合槽轮安装在第一轴上，齿轮二与转动拨盘安装在第二轴上，齿轮一与第一杆安装在第三轴上；整个变胞机构位于仿生扑翼机器人的腹部中心位置，本发明能够满足扑翼机器人飞行和奔跑两种模式的动态切换，减少了能量和时间的损耗，拓展了机器人的应用范围。

技术领域

本发明属于空间连杆机构，具体涉及一种用于扑翼机器人实现飞行与奔跑动作切换的变胞机构。

背景技术

当前机器人应用领域已经从传统结构环境逐步向以军事侦查、野外探测、搜索救援等为目的的非结构环境领域发展。未来机器人将在未知复杂环境中为人类工作，这要求机器人具有很强的机动性能以及较高的运动灵活性来适应环境变化。现阶段，变胞机构以其构态变化和重组的特点在航空航天、机器人等领域上都有很大程度的应用。例如，空间机械臂、可展开天线、变结构康复轮椅以及变结构腿轮式探测车等。这种机构的优势在于使得机器能够更好地适应复杂的工作环境，并完成特定的指令，但是应用于侦查领域的机器人变胞机构却很少。

在一些军事侦查和民用领域的范围内，往往需要一款对环境有良好的适应性，能够进行低空侦查、勘测通信、监测环境的飞行机器人。利用变胞机构可以将飞行与步态行走进行动态耦合，使得飞行机器人能有效地实现在陆地和空中这两种不同作业环境下的灵活切换，可以很好地增加飞行机器人对于环境的适应能力。变胞机构在由飞行和奔走状态切换的过程中使某些构件发生合并或分离，自由度发生变化，从而产生适应奔跑或飞行需求的新构型。此外，变胞机构在切换状态过程中，上一种模式的动能可以转化为下一种模式的初始动力，从而减少外界额外提供能量。同样地，飞行时的初速度可由奔走时的动能提供。但是，目前有关飞行机器人的研究专利中，还未曾出现能够满足陆空两栖的变胞延时飞行机构。因此，亟需研究出一款能将仿生变胞与扑翼的优点相结合，实现飞行与奔走模式动态切换的延时变胞机构。

专利[公布号:CN 10709376 A]公开了一种变胞机构式可越障碍机器蟹，该机器人的变胞机构能够在稳定的三角结构中承载物件，又能够通过变胞改变机构的构态来实现灵活作业，灵活地越过障碍物。但是该机器人的变胞机构只是应用于步态行走的状态的变化，并没有将飞行与奔走这两种模式进行动态耦合，因此只能实现行走时的变胞。专利[公布号:CN 105946483 A]公开了一种具有变胞式机械的两栖多足机器人，可以很好地避免水陆模式切换时的人工干预，实现两栖作业模式的自动切换，保证机器人的陆上通过性。该变胞机构可以实现水陆两栖的自动切换要求，但是不能满足飞行的需求，相较于陆空双栖的变胞机构来说对于环境的适应性要差一些。

综上所述，现有的变胞机器人的研究主要集中在步态行走状态上的转换，或者是水陆双栖两种状态之间的切换。截止目前，能够将奔走与飞行实现动态耦合地变胞机构还未曾有相关学者研制出来。

发明内容

为避免上述现有技术所存在的不足，本发明提供一种用于扑翼机器人实现飞行与奔跑动作切换的变胞机构。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于扑翼机器人实现飞行与奔跑动作切换的变胞机构，包括支架以及设置在支架上的模式切换模块、延时模块、连接模块、外接腿连杆以及扑翼机器人的机身；外接腿连杆的下端与扑翼机器人的腿部机构连接；整个变胞机构位于仿生扑翼机器人的腹部中心位置；其中：