CN102107688B - 一种可调关节长度的双腿行走机构 - Google Patents

Abstract

本发明公布一种可调关节长度的双腿行走机构，涉及移动机器人、医疗康复器械等技术领域。本机构由平台、两条长度可调的腿和两足组成；这两条腿具有相同的闭环运动链形式；每一条腿有两个自由度由两个电机驱动；腿和足连接处具有一个转动自由度，由一个电机驱动；通过控制每一条腿的电机转动，可协调两腿运动，以实现机构的站起、下蹲、俯仰以及行走、跑动、跳跃运动。本发明的有益效果是：该机构不仅有很好的行走能力，而且还能实现跑动、跳跃运动，并且机构简单、运动灵活、易于控制，可应于移动机器人的行走以及相关的行走装置。

Description

一种可调关节长度的双腿行走机构

【技术领域】

本发明涉及移动机器人技术领域，特别涉及一种可调关节长度的双腿行走机构。

【背景技术】

目前移动机器人的行走方式主要为轮式、腿式、轮腿混合式三种方式，其中轮式行走方式是目前应用最为广泛一种方式，其又分为三轮、四轮等形式。但是轮式行走方式存在诸如以下缺点：1)轮子可能存在打滑；2)越障能有有限；3)实现结构复杂。相对于轮式行走方式，腿式行走方式具有克服上述缺点的潜力，也具有前者无可比拟的优点，如上下楼、跨越沟渠和障碍、能上陡坡、立地旋转等。研究双足步行机器人的原因和目的，主要有以下几个方面：希望研制出双足步行机构，使它们能在许多结构和非结构环境中行走，以代替人进行作业或延伸和扩大人类的活动领域；希望更多得了解和掌握人类得步行特性，并利用这些特性为人类服务，例如：人造假肢。双足步行系统具有丰富的动力学特性，在这方面的研究可以拓宽力学及机器人的研究方向；双足步行机器人可以作为一种智能机器人在人工智能中发挥重要的作用。

目前除了类人型双足机器人行走机构外，一直没有其它的行走效果显著的双腿行走机构问世。现有的技术中，类人型双足行走机构为实现行走、转弯、下蹲\站起、跑动、跳跃等动作，就需增加相应的关节自由度，也就意味着使用更多的驱动电机，这一方面增加了机构腿部的负载，使得其运动惯性加大，降低了机构运动的灵活性，另一方面，使得机构的设计、制造、维护及控制成本都大幅增加。因此，如何设计出结构简单、满足运动需要的行走机构对于机构研究人员来说，是一项急需解决的工作。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种结构简单、控制容易、能实现下蹲、站起、行走、跑动及跳跃运动的可调节关节长度的双腿行走机构。

本发明应用于可调节关节长度的双腿行走机构，它包括平台(1)、腿一(I)、腿二(II)；腿一(I)和腿二(II)具有相同的结构，且为闭环运动链形式；腿一(I)由第一电机(4)、第二电机(5)、主动臂一(6)、辅助臂(7)、第一铰链(8)、可调节关节(9)、脚(10)、第三电机(12)、可调节关节(11)、第二铰链(13)、主动臂二(14)组成；对于腿一(I)，通过控制第一电机(4)、第二电机(5)分别带动主动臂一(6)、主动臂二(14)转动，从而实现脚(10)的抬起及落地运动，通过控制第三电机(12)的转动，调整脚与地面之间的角度；通过协调控制腿一(I)和腿二(II)的驱动电机，可实现行走机构的下蹲、站起、行走、跑动和跳跃运动。

所说的腿(I)和腿(II)具有相同的结构，且为闭环运动链形式，此种运动链形式结构简单，易于控制，所述的腿一(I)的驱动电机第一电机(4)、第二电机(5)以及腿二(II)的驱动电机第四电机(2)、第五电机(3)均安装于平台(1)上，大大减少了双腿在行走过程中的运动惯性，提高了机构行走的灵活性。

所述的腿一(I)、腿二(II)具有可调节关节(9)，能够根据机构运动环境，改变可调节关节(9)的长度，从而改变双腿的长度，这样在驱动电机转速不变的情况下，实现行走机构步幅的改变。

本发明的有益效果是：

1、该机构不仅有很好的行走能力，而且还能实现跑动、跳跃运动，并且机构简单、运动灵活、易于控制。

2、闭环运动链形式的腿结构，具有承载力大、刚性好等特点。

3、可调节关节长度的双腿行走机构，能够根据需要调节不同的步幅及行走速度，应用范围广。

4、环境适应性强，能广泛应用于不同场合的行走机构。

【附图说明】

图1本发明的可调节关节长度的双腿行走机构的轴侧视图。

图2本发明的可调节关节长度的双腿行走机构的左视图。

图3本发明的可调节关节长度的双腿行走机构的主视图。

以下结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。

【具体实施方式】

实施例1

一种可调节关节长度的双腿行走机构，它包括平台(1)、腿一(I)、腿二(II)；腿一(I)和腿二(II)具有相同的结构，且为闭环运动链形式；腿一(I)由第一电机(4)、第二电机(5)、主动臂一(6)、辅助臂(7)、第一铰链(8)、可调节关节(9)、脚(10)、第三电机(12)、可调节关节(11)、第二铰链(13)、主动臂二(14)组成；对于腿一(I)，通过控制第一电机(4)、第二电机(5)分别带动主动臂一(6)、主动臂二(14)转动，从而实现脚(10)的抬起及落地运动，通过控制第三电机(12)的转动，调整脚与地面之间的角度；通过协调控制腿一(I)和腿二(II)的驱动电机，可实现行走机构的下蹲、站起、行走、跑动和跳跃运动。

所说的腿(I)和腿(II)具有相同的结构，且为闭环运动链形式，此种运动链形式结构简单，所述的腿一(I)的驱动电机第一电机(4)、第二电机(5)以及腿二(II)的驱动电机第四电机(2)、第五电机(3)均安装于平台(1)上，大大减少了双腿在行走过程中的运动惯性，提高了机构行走的灵活性。

所说的可调节关节长度的双腿行走机构，能够根据机构运动环境，改变可调节关节(9)的长度，从而改变双腿的长度，这样在驱动电机转速不变的情况下，实现行走机构步幅的改变。

Claims (3)

1.一种可调关节长度的双腿行走机构，其特征在于它包括平台(1)、腿一(Ⅰ)、腿二(Ⅱ)；腿一(Ⅰ)和腿二(Ⅱ)具有相同的结构，且为闭环运动链形式；腿一(Ⅰ)由第一电机(4)、第二电机(5)、主动臂一(6)、辅助臂(7)、第一铰链(8)、可调节关节一(9)、脚(10)、第三电机(12)、可调节关节二(11)、第二铰链(13)、主动臂二(14)组成；对于腿一(Ⅰ)，通过控制第一电机(4)、第二电机(5)分别带动主动臂一(6)、主动臂二(14)转动，从而实现脚(10)的抬起及落地运动，通过控制第三电机(12)的转动，调整脚与地面之间的角度；第一电机(4)、第二电机(5)以及第三电机(12)构成了腿一(Ⅰ)的驱动电机，通过协调控制腿一(Ⅰ)和腿二(Ⅱ)的驱动电机实现行走机构的下蹲、站起、行走、跑动和跳跃运动。

2.如权利要求1所述的一种可调关节长度的双腿行走机构，其特征为所述的腿一(Ⅰ)的驱动电机中的第一电机(4)、第二电机(5)以及腿二(Ⅱ)的驱动电机中的第四电机(2)、第五电机(3)均安装于平台(1)上。

3.如权利要求1所述的一种可调关节长度的双腿行走机构，其特征为所述的主动臂一(6)、辅助臂(7)、与可调节关节一(9)之间的第一铰链(8)为转动副，所述的主动臂二(14)、与可调节关节二(11)之间的第二铰链(13)为转动副。