專(zhuān)利名稱(chēng)：一種自適應(yīng)地面行走及轉(zhuǎn)向的足型機(jī)器人機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是機(jī)器人領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種用于行走的機(jī)器人。
背景技術(shù)：
目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)研究了許多足型及多足機(jī)器人試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀＿@些機(jī)器人大都可以實(shí)現(xiàn)行走前進(jìn)功能，但有的受到機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的限制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向以及自適應(yīng)地面行走，如上海交通大學(xué)開(kāi)發(fā)的六足步行機(jī)器人。能夠?qū)崿F(xiàn)足型機(jī)器人尤其是多足機(jī)器人的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)一般有兩種情況若機(jī)器人的軀體是剛性的，則其轉(zhuǎn)向一般通過(guò)腿部動(dòng)作來(lái)完成，那么每條腿至少應(yīng)該有髖關(guān)節(jié)大腿和小腿3個(gè)自由度，只就直接導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)復(fù)雜且需要的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)過(guò)多。若多足機(jī)器人的軀體采用分段式連接，為實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，各段軀體之間就需要有俯仰和搖擺兩個(gè)自由度，這仍然導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜。上海交大于2002年研發(fā)出了形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的微型雙三足步行機(jī)器人，利用形狀記憶合金在通電加熱后能夠伸縮的特性來(lái)驅(qū)動(dòng)身體轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，從而達(dá)到轉(zhuǎn)向的目的。但是，此發(fā)明受到材料的限制，只適用于體重較輕的微型機(jī)器人，不具備廣泛的適用性；而且，其控制系統(tǒng)仍然較為復(fù)雜。同時(shí)自適應(yīng)地面的步行機(jī)器人也是國(guó)內(nèi)外研發(fā)的重點(diǎn)項(xiàng)目之一，同樣的情況是無(wú)法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎功能，若是可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎功能的機(jī)器人在結(jié)構(gòu)上相當(dāng)復(fù)雜，體積也比較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供利用欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械學(xué)與重力學(xué)等原理，將機(jī)器人的自適應(yīng)地面和行走、轉(zhuǎn)向功能在一個(gè)統(tǒng)一的機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種自適應(yīng)地面行走及轉(zhuǎn)向的足型機(jī)器人機(jī)構(gòu)。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明一種自適應(yīng)地面行走及轉(zhuǎn)向的足型機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征是包括機(jī)架、驅(qū)動(dòng)裝置、角度輸出桿、后足、兩側(cè)連桿、前足，前足通過(guò)兩側(cè)連桿連接后足，驅(qū)動(dòng)裝置連接角度輸出桿，角度輸出桿連接后足，驅(qū)動(dòng)裝置和前足均安裝在機(jī)架上。本發(fā)明還可以包括1、所述的后足為工字型后足。2、所述的驅(qū)動(dòng)裝置往復(fù)驅(qū)動(dòng)角度輸出桿并帶動(dòng)后足與機(jī)架使后足與機(jī)架形成角度。3、角度輸出桿與工字形后足鉸接在重力的作用下隨動(dòng)而實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)地面，四足同時(shí)著地，使機(jī)架的重心在前足與工字形后足的四邊形范圍內(nèi)。4、所述的驅(qū)動(dòng)裝置僅驅(qū)動(dòng)整體機(jī)構(gòu)兩個(gè)自由度的其中一個(gè)。5、兩前足相互平行時(shí)所形成的平面垂直于前足和工字形后足著地點(diǎn)所形成的平面，驅(qū)動(dòng)裝置輸出軸與兩前足相互平行時(shí)所形成的平面垂直。
6、所述的后足與連桿的連接為萬(wàn)向連接，連桿與前足的連接為萬(wàn)向連接。本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于本發(fā)明通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少了大量的控制環(huán)節(jié)，減少能耗且能夠更加協(xié)調(diào)的實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)地面及行走、轉(zhuǎn)彎功能，且可靠性、穩(wěn)定性更高；且由于本發(fā)明控制裝置可以模塊化，故通過(guò)使用本發(fā)明可以大大降低機(jī)器人的成本。由于以上所述的特點(diǎn)，本發(fā)明可以較好的應(yīng)用于足形機(jī)器人，自適應(yīng)地面機(jī)器人；也可以用于科學(xué)探測(cè)、工業(yè)、考古勘探、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域；還可以用于玩具開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域或作為收藏裝飾品，具有較高的實(shí)用價(jià)值。


圖1為本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)原理示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述結(jié)合圖1，可以假設(shè)多足仿生機(jī)器人的腳運(yùn)動(dòng)一周為一個(gè)周期，由仿生學(xué)的發(fā)現(xiàn)可知多足生物對(duì)稱(chēng)足之間相位差等于180度，且在轉(zhuǎn)彎時(shí)運(yùn)動(dòng)方向?yàn)橄喾矗碛芍亓W(xué)與慣性定律可知其在不平地面放置時(shí)可自動(dòng)控制重心使其四足同時(shí)著地，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)角度輸出桿擺動(dòng)形成再次的不平衡，通過(guò)重力的二次作用達(dá)到平衡即是因此原理而設(shè)計(jì)。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種可自適應(yīng)地面行走及轉(zhuǎn)向的足型機(jī)器人機(jī)構(gòu)，主要包括驅(qū)動(dòng)部分、輸出部分和機(jī)架構(gòu)成。其具體特征如下驅(qū)動(dòng)部分構(gòu)成動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置2固定在機(jī)架1上，由一個(gè)馬達(dá)控制角度輸出桿3的擺動(dòng)，使分布在機(jī)架1兩邊的連桿5帶動(dòng)前腿6運(yùn)動(dòng)。當(dāng)工字形后腿4達(dá)到一側(cè)時(shí)，分布在機(jī)架1兩邊的連桿5形成一推一拉的結(jié)構(gòu)。使前腿6的相位差為180度。輸出部分構(gòu)成輸出部分主要由馬達(dá)輸出端與中心成角度的自由旋轉(zhuǎn)軸組成。與機(jī)器人的工字形后足4相連接，即可構(gòu)成一個(gè)完整的機(jī)器人。欠驅(qū)動(dòng)部分構(gòu)成欠驅(qū)動(dòng)部分主要由工字形后足4、前足6和與它們相互連接的連桿5。機(jī)器人自適應(yīng)地面功能的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)欠驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，在重力的作用下使其四足同時(shí)著地。機(jī)器人的前進(jìn)功能的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置2進(jìn)行正向擺動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)角度輸出桿3擺動(dòng)；繼而帶動(dòng)兩邊的連桿5。此時(shí)，連桿5作用于前腿6。通過(guò)重力的作用使前腿6抬起并邁出，而達(dá)到再次的平穩(wěn)狀態(tài)；動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置2進(jìn)行反向擺動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)角度輸出桿3擺動(dòng)；繼而帶動(dòng)兩邊的連桿5。此時(shí)，連桿5作用于另一側(cè)前腿6。通過(guò)重力的作用使前腿6抬起并邁出，而達(dá)到再次的平穩(wěn)狀態(tài)。正向與反向交替擺動(dòng)即可使機(jī)器人向前運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎功能的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置2進(jìn)行由垂直位置正向擺動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)角度輸出桿3擺動(dòng)；繼而帶動(dòng)兩邊的連桿5。此時(shí)，連桿5作用于前腿6。通過(guò)重力的作用使前腿6抬起并邁出，而達(dá)到再次的平穩(wěn)狀態(tài)；動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置2進(jìn)行反向擺動(dòng)而達(dá)到垂直位置時(shí)，帶動(dòng)角度輸出桿3擺動(dòng)；繼而帶動(dòng)兩邊的連桿5。此時(shí)，連桿5作用于另一側(cè)前腿6。通過(guò)重力的作用使前腿6抬起并邁出，而達(dá)到再次的平穩(wěn)狀態(tài)。正向與反向交替擺動(dòng)即可使機(jī)器人轉(zhuǎn)彎。本發(fā)明應(yīng)用到足型及多足機(jī)器人時(shí)應(yīng)有以下三點(diǎn)需要注意一、保證其自身的重心略偏后一些。這樣前腿6才能在重心的作用下而抬起。二、安裝角度輸出軸3時(shí)，設(shè)角度輸出軸3擺到其中心的位置，四足均為與地面垂直時(shí)，其驅(qū)動(dòng)軸與兩前腿所在平面垂直，角度輸出軸3所在平面與側(cè)面平行。一種可自適應(yīng)行走及轉(zhuǎn)向的足型機(jī)器人機(jī)構(gòu)，主要包括機(jī)架1、驅(qū)動(dòng)裝置2、角度輸出桿3、工字形后足4、兩側(cè)連桿5和前足6，其特征在于驅(qū)動(dòng)裝置2固定在機(jī)架1上，角度輸出桿3與工字形后足4鉸接，使足型機(jī)器人由于重力自適應(yīng)地面，工字形后足4通過(guò)連桿5與前足6相連，前足6與機(jī)架1鉸接，驅(qū)動(dòng)裝置2雙向往復(fù)驅(qū)動(dòng)角度輸出桿3并帶動(dòng)工字形后足4與機(jī)架1成一定角度。由于慣性作用使兩側(cè)前足6依次抬起，在重力的作用下使工字形后足4向前邁進(jìn)，通過(guò)連桿5作用于前足6并向前行走。驅(qū)動(dòng)裝置2單向往復(fù)驅(qū)動(dòng)角度輸出桿3并帶動(dòng)工字形后足4與機(jī)架1成一定角度。在重力的作用下通過(guò)連桿5使同側(cè)前足6重復(fù)抬起而轉(zhuǎn)向。角度輸出桿3與工字形后足4鉸接在重力的作用下隨動(dòng)而實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)地面，四足同時(shí)著地，保證機(jī)架1的重心在前足6與工字形后足4的四邊形范圍內(nèi)。驅(qū)動(dòng)裝置2與角度輸出桿3、工字形后足4之間形成一套可控的欠驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)裝置2僅驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的兩個(gè)自由度其中的一個(gè)。工字形后足4通過(guò)連桿5與前足6相連，工字形后足4與連桿5的連接為萬(wàn)向鉸接，連桿5與前足6的連接為萬(wàn)向鉸接。兩前足6相互平行時(shí)所形成的平面垂直于前足6和工字形后足4著地點(diǎn)所形成的平面，驅(qū)動(dòng)裝置2輸出軸與兩前足6相互平行時(shí)所形成的平面垂直時(shí)，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為最佳。自適應(yīng)地面足型機(jī)器人機(jī)構(gòu)通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置2使其實(shí)現(xiàn)向前行走或轉(zhuǎn)彎的運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)裝置2固定在機(jī)架1上。當(dāng)驅(qū)動(dòng)裝置2帶動(dòng)角度輸出桿3進(jìn)行擺動(dòng)時(shí)，動(dòng)角度輸出桿3通過(guò)工字形后足4即可帶動(dòng)機(jī)架兩側(cè)連桿5。此時(shí)，連桿5作用于前足6。通過(guò)重力的作用使前足6抬起并邁出，而達(dá)到再次的平穩(wěn)狀態(tài)；驅(qū)動(dòng)裝置2進(jìn)行反向擺動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)角度輸出桿3擺動(dòng)；通過(guò)工字形后足4的作用，繼而帶動(dòng)兩邊的連桿5。此時(shí)，連桿5作用于另一側(cè)前腿前足6。通過(guò)重力的作用使前足6抬起并邁出，而達(dá)到再次的平穩(wěn)狀態(tài)。正向與反向交替擺動(dòng)即可使機(jī)器人向前運(yùn)動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種自適應(yīng)地面行走及轉(zhuǎn)向的足型機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征是包括機(jī)架、驅(qū)動(dòng)裝置、角度輸出桿、后足、兩側(cè)連桿、前足，前足通過(guò)兩側(cè)連桿連接后足，驅(qū)動(dòng)裝置連接角度輸出桿，角度輸出桿連接后足，驅(qū)動(dòng)裝置和前足均安裝在機(jī)架上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)地面行走及轉(zhuǎn)向的足型機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征是所述的后足為工字型后足。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種自適應(yīng)地面行走及轉(zhuǎn)向的足型機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征是所述的驅(qū)動(dòng)裝置往復(fù)驅(qū)動(dòng)角度輸出桿并帶動(dòng)后足與機(jī)架使后足與機(jī)架形成角度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種自適應(yīng)地面行走及轉(zhuǎn)向的足型機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征是角度輸出桿與工字形后足鉸接在重力的作用下隨動(dòng)而實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)地面，四足同時(shí)著地，使機(jī)架的重心在前足與工字形后足的四邊形范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種自適應(yīng)地面行走及轉(zhuǎn)向的足型機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征是所述的驅(qū)動(dòng)裝置僅驅(qū)動(dòng)整體機(jī)構(gòu)兩個(gè)自由度的其中一個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種自適應(yīng)地面行走及轉(zhuǎn)向的足型機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征是兩前足相互平行時(shí)所形成的平面垂直于前足和工字形后足著地點(diǎn)所形成的平面，驅(qū)動(dòng)裝置輸出軸與兩前足相互平行時(shí)所形成的平面垂直。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種自適應(yīng)地面行走及轉(zhuǎn)向的足型機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征是所述的后足與連桿的連接為萬(wàn)向連接，連桿與前足的連接為萬(wàn)向連接。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種自適應(yīng)地面行走及轉(zhuǎn)向的足型機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征是包括機(jī)架、驅(qū)動(dòng)裝置、角度輸出桿、后足、兩側(cè)連桿、前足，前足通過(guò)兩側(cè)連桿連接后足，驅(qū)動(dòng)裝置連接角度輸出桿，角度輸出桿連接后足，驅(qū)動(dòng)裝置和前足均安裝在機(jī)架上。本發(fā)明通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少了大量的控制環(huán)節(jié)，減少能耗且能夠更加協(xié)調(diào)的實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)地面及行走、轉(zhuǎn)彎功能，且可靠性、穩(wěn)定性更高；且由于控制裝置可以模塊化，故可以大大降低機(jī)器人的成本。可以較好的應(yīng)用于足形機(jī)器人，自適應(yīng)地面機(jī)器人；也可以用于科學(xué)探測(cè)、工業(yè)、考古勘探、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域；還可以用于玩具開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域或作為收藏裝飾品，具有較高的實(shí)用價(jià)值。
文檔編號(hào)B62D57/032GK102381379SQ20111027767
公開(kāi)日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月19日
發(fā)明者王海龍, 王立權(quán), 陳曦 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)