一般的移动机器人,由于外部环境的复杂性和机器人自身传感范围的限制,机器人依靠自身只能得到周围环境的局部信息,难以在复杂的外部环境中准确到达预期位置。然而,如果机器人具备弹跳越障能力,则只需携带较为简单的探测设备就可以在大多数环境中沿直线向目的地前进。基于此,我们设计了轮式移动,通过压缩弹簧储存能量,突然释放弹簧以使机器人起跳的跳跃机器人,并通过缺齿齿轮来完成周期性跳跃。
移动机构为底部的两个驱动轮和一个万向轮。两个驱动轮分别由由两个电机带动,直行时,两电机转速相同;转弯时,两电机转速不同。跳跃机构采用了电机——弹簧——连杆——缺齿齿轮结构。电机提供动力使两杆分别沿顺、逆时针方向旋转,铰链下移,弹簧被压缩。利用缺齿齿轮的特点,蓄能结束时,装置自动解除锁定,弹簧恢复原长,使得整体具有向上的速度,实现跳跃。机器人预期起跳高度为0.5米,为此,选用了1040N/m的弹簧,压缩量为70mm.
基于上述理念,我们设计了一款轮式弹簧蓄能跳跃机器人。其中上板用来安放电机并与腿部相连接。左右两腿分别由四条直杆、轴承、垫片、螺钉螺母组成,有较高的自由度。通过改变直杆的角度来达到压缩弹簧的目的。弹簧固定在上下两板之间,同时套在稳定杆,防止弹簧侧弯。稳定杆和腿部下半部分与底板相连。地板后部固定了简易电机和后轮,前部固定了万向轮,并且设置了缓冲装置,可以添加弹簧实现缓冲,防止机器人着陆时受到的冲击力过大而损坏。