[发明专利]基于猫的扶正反射的仿生自翻转及着陆缓冲装置

说明书

本发明涉及仿生机械技术领域，特别是涉及基于猫的扶正反射的仿生自翻转及着陆缓冲装置，包括机壳、缓冲装置、驱动装置和控制组件，控制组件包括用于数据处理和交互的单片机、用于测量装置姿态信息的多轴传感器、用于速度监测和控制的电机驱动模块和编码器模块以及用于提供系统电源的12V电源模块；驱动装置包括动量轮、驱动动量轮的电机以及四叶形连接件；电机安装在四叶形连接件的一侧，其转子部分从四叶形连接件的中空部伸出插入至安装区内；缓冲装置沿着机壳的底部对称设置多组。本发明本发明用于帮助装置在以一定倾角异常下落时，可以在空中不借助外力调整姿态使得带有缓冲装置的底部水平着地，并且借助底部缓冲装置实现平稳落地。

技术领域

本发明涉及仿生机械技术领域，特别是涉及基于猫的扶正反射的仿生自翻转及着陆缓冲装置。

背景技术

猫在空中可以不借助任何外力，使身体朝一个方向进行翻转，这仿佛违背了角动量守恒定律。实际上，猫并不是全身一起翻转的，而是上半身和下半身以相反的方向进行翻转再加上一系列复杂的动作。在常规的机械中，很难做到猫咪前肢，后肢等各种复杂动作，但可以运用其中的核心原理：角动量守恒定理，来达成同样的功能。最终的应用预期是把猫姿态调整的原理运用到现有的仿生机械和航空中。

现有技术中，类似基于角动量守恒设计的动量轮大多用于维持平衡，如：利用飞轮维持单轮车的平衡；如，常和PID算法结合来制作类似不倒翁的平衡三轮柱。基于该原理设置的装置也多用于卫星上，常见的在许多卫星上都装备有动量轮，结合姿态控制系统可以用于保持卫星稳定或卫星观测点的快速定向。因此如何利用角动量守恒在不借助外力的情况下控制装置翻转使其平稳着陆成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明目的是针对背景技术中存在的问题，提出基于猫的扶正反射的仿生自翻转及着陆缓冲装置，能够在空中不借助外力完整的控制翻转使装置水平着陆，以及基于猫腿部结构的仿生缓冲装置。为各类机器在空中不借助外力进行外部姿态调整提供了一种解决方案。

本发明的技术方案，基于猫的扶正反射的仿生自翻转及着陆缓冲装置，包括机壳、缓冲装置、驱动装置和控制组件，控制组件集成在机壳的内侧，控制组件包括用于数据处理和交互的单片机、用于测量装置姿态信息的多轴传感器、用于速度监测和控制的电机驱动模块和编码器模块以及用于提供系统电源的12V电源模块；

驱动装置包括动量轮、驱动动量轮的电机以及四叶形连接件；四叶形连接件通过支撑柱固定在机壳上，且与机壳之间形成便于动量轮安装的安装区；电机安装在四叶形连接件的一侧，其转子部分从四叶形连接件的中空部伸出插入至安装区内；动量轮与转子固连；

缓冲装置沿着机壳的底部对称设置多组。

优选的，缓冲装置包括仿生大腿板块、仿生小腿板块、仿生避震器A，仿生避震器B、仿生膝关节连接件以及用于连接各个部件的连接件。

优选的，仿生大腿板块通过套筒和螺栓与机壳连接；仿生大腿板块相对于机壳转动连接；仿生膝关节连接件安装在仿生大腿板块和仿生小腿板块之间，仿生大腿板块与仿生小腿板块保持相对转动；

仿生避震器A的两端分别通过连接件与仿生大腿板块以及仿生小腿板块连接；

仿生避震器B的两端分别通过连接件与仿生大腿板块以及仿生小腿板块连接；

仿生避震器A和仿生避震器B对仿生大腿板块以及仿生小腿板块施加拉力，使其形成“”形的缓冲结构。

优选的，仿生避震器A、仿生避震器B与仿生大腿板块以及仿生小腿板块连接的点位与猫腿实际肌肉骨骼连接位置相同。

优选的，单片机和多轴传感器安装机壳的底部主板上，电机驱动模块和编码器模块安装在机壳的顶部主板上；电源模块安装在机壳的右侧；机壳及内部设备整体的重心位于机壳中心处。

优选的，多轴传感器采用SPI协议进行数据传输，输出数据采用卡尔曼滤波方式进行数据处理。