CN102975785B - 三足机器人 - Google Patents

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Abstract

三足机器人，属于机械控制领域。在的机身上水平间隔120°均匀固定有三个摇杆支架，摇杆通过摇杆转轴固定在摇杆支架上，摇杆可以绕摇杆转轴转动；腿固定在摇杆上，且与摇杆无相对运动；一个铝合金球形接头通过小套筒连接在摇杆上；一个铝合金球形接头通过大套筒与曲柄连接；与摇杆上连接的铝合金球形接头和与曲柄连接的铝合金球形接头通过铝合金球形接头连杆相连；曲柄与电机的输出轴相连；编码器与电机的控制端相连，电源及控制电路与电机的电力输入相连为电机供电。本发明运行稳定，具有实用推广价值，并能作为后续研究的基础。

Description

三足机器人
技术领域
本发明涉及一种三足机器人，三足独立驱动，通过对机器人腿部精密的位置和速度闭环控制实现机器人整体的各种运动。属于机械控制领域。
背景技术
在实验室和生活中我们见到的机器人大都是采用两足或四足六足等多足行走或是采用相对传统的轮式移动。轮式机器人相对于足式机器人的越障能力要逊色许多，对地形的适应性能不如足式机器人。两足机器人行走较为灵活，但是稳定性欠缺，行走时容易失去平衡而摔倒，四足六足等多足机器人虽然相对于两足更为稳定，但却失去了两足的灵活性，腿与腿之间会相互干扰、控制起来也比较复杂。三角形具有很好的稳定性，三足行走机器人自然也具有四足、六足机器人的稳定性。同时，由于采用三足的驱动方式，三足机器人便拥有了两足机器人的灵活性。常见的机器人在平面内大都是在前后左右四个方向上运动，而采用三足的机器人，每条腿控制该腿的前后两个方向运动，通过运动合成，加以运动控制便可以使机器人在一个平面内更迅速方便地向任意方向的行走。这样就使机器人整体运动灵活，而且三足行走的机器人对于跳出两足、多足机器人的惯性思维具有很大的挑战。
发明内容
本发明的目的在于采用三足独立驱动并通过协作运动来实现机器人整体的行走、转弯等多种运动的问题。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案:
三足机器人,包括有曲柄销紧定螺钉1，摇杆支架2，曲柄定位顶丝3，机身4，电源及控制电路5，编码器6，空心杯电机7，腿8，摇杆支架固定螺钉9，摇杆转轴10，摇杆11，卡簧12，摇杆销紧定螺钉13，铝合金球形接头14，摇杆销15，小套筒16，铝合金球形接头连杆17，曲柄销18，大套筒19，曲柄20，摇杆销固定孔21，摇杆销紧定螺钉孔22，摇杆转轴孔23，腿固定孔24，摇杆支架固定孔25，摇杆转轴固定孔26，曲柄定位顶丝孔27，空心杯电机轴固定孔28，曲柄销固定孔29，曲柄销紧定螺钉孔30。在所述的机身4上水平间隔120°均匀固定有三个摇杆支架2，摇杆11通过摇杆转轴10固定在摇杆支架2上，摇杆11可以绕摇杆转轴10转动；腿8固定在摇杆11上，且与摇杆11无相对运动；一个铝合金球形接头14通过小套筒16连接在摇杆11上；一个铝合金球形接头14通过大套筒19与曲柄20连接；与摇杆11上连接的铝合金球形接头14(1)和与曲柄20连接的铝合金球形接头14(2)通过铝合金球形接头连杆17相连；曲柄20通过其上的空心杯电机轴固定孔28与空心杯电机7的输出轴相连，并用顶丝通过曲柄定位顶丝孔27固定在一起；编码器6与空心杯电机7同轴固定，并采集空心杯电机7的实时数据，电源及控制电路5与空心杯电机7的电力输入相连为空心杯电机7供电。
三个空心杯电机7分别通过两个螺钉固定在机身4上，电源及控制电路5也通过螺钉固定机身4上。
摇杆支架2通过两个摇杆支架固定螺钉9固定在机身4上。
曲柄20通过曲柄定位顶丝3固定在空心杯电机7的输出轴上，且可以随空心杯电机7的输出轴一起转动。
摇杆转轴10两端用卡簧12限位，使得摇杆转轴10只转动不发生横向滑动。
通过小套筒16与摇杆11相连的铝合金球形接头14通过铝合金球形接头14上的通孔用摇杆销15固定。
通过大套筒19与曲柄20相连的铝合金球形接头14通过铝合金球形接头14上的通孔用曲柄销18固定。
摇杆销15用摇杆销紧定螺钉13锁紧在摇杆11上，与摇杆11无相对运动。
所述的曲柄20的数目为三个，分别为固定在3个摇杆支架2的腿8提供动力。
两个铝合金球形接头14的高度分别通过小套筒16和大套筒19来调节。
本发明采用了三足独立驱动的方式，三足呈120°的角度圆周布置，可以实现足式机器人的全向运动。空间曲柄摇杆机构连续高效的转动和高效率大功率的空心杯电机为机器人腿部提供了动力十足。机器人每一条腿的驱动电机都采用了编码器进行位置和速度闭环控制，使得机器人可以完成很多复杂的动作，三足机器人运行稳定，具有实用推广价值，并能作为后续研究的基础。
附图说明
图1本发明系统示意图
图2本发明摇杆的结构图
图3本发明摇杆支架的结构图
图4本发明曲柄的结构图
图中：1、曲柄销紧定螺钉；2、摇杆支架；3、曲柄定位顶丝；4、机身；5、电源及控制电路；6、编码器；7、空心杯电机；8、腿；9、摇杆支架固定螺钉；10、摇杆转轴；11、摇杆；12、卡簧；13、摇杆销紧定螺钉；14、铝合金球形接头；15、摇杆销；16、小套筒；17、铝合金球形接头连杆；18、曲柄销；19、大套筒；20、曲柄；21、摇杆销固定孔；22、摇杆销紧定螺钉孔；23、摇杆转轴孔；24、腿固定孔；25、摇杆支架固定孔；26、摇杆转轴固定孔；27、曲柄定位顶丝孔；28、空心杯电机轴固定孔；29、曲柄销固定孔；30、曲柄销紧定螺钉孔。
具体实施方式
结合图1-图4对本发明做进一步说明：
三足机器人，包括有曲柄销紧定螺钉1，摇杆支架2，曲柄定位顶丝3，机身4，电源及控制电路5，编码器6，空心杯电机7，腿8，摇杆支架固定螺钉9，摇杆转轴10，摇杆11，卡簧12，摇杆销紧定螺钉13，铝合金球形接头14，摇杆销15，小套筒16，铝合金球形接头连杆17，曲柄销18，大套筒19，曲柄20，摇杆销固定孔21，摇杆销紧定螺钉孔22，摇杆转轴孔23，腿固定孔24，摇杆支架固定孔25，摇杆转轴固定孔26，曲柄定位顶丝孔27，空心杯电机轴固定孔28，曲柄销固定孔29，曲柄销紧定螺钉孔30。机器人每一条腿都以独立运动。编码器、空心杯电机和电源及控制电路一起驱动机器人的腿运动，并对机器人的运动进行控制。
三个摇杆支架2分别用两个摇杆支架固定螺钉9通过摇杆支架固定孔固定在机身4上，且三个摇杆支架2间互成120°，机身4和摇杆支架2无相对运动。机身4和摇杆支架2的材料均为7075铝合金，机身厚度约为0.006米。
腿8通过过盈配合固定在摇杆11上的腿固定孔24中，并保证腿8与摇杆11在同一平面内，且与摇杆11无相对运动。摇杆转轴10固定在摇杆支架2上的两个摇杆转轴固定孔26和摇杆11上的摇杆转轴孔23上，使摇杆11只能绕摇杆转轴10转动，摇杆转轴10的两端用卡簧12限位，使得摇杆转轴10只转动不发生横向滑动。两个铝合金球形接头14通过铝合金球形接头连杆17连接固定，无相对运动，其中一个铝合金球形接头14通过其上的通孔用摇杆销15固定在摇杆11上的摇杆销固定孔21上，铝合金球形接头14和摇杆11之间用小套筒16调整高度，摇杆销15用摇杆销紧定螺钉13通过摇杆销紧定螺钉孔22锁紧在摇杆11上，与摇杆11无相对运动。另一个铝合金球形接头14通过其上的通孔用曲柄销18固定在曲柄20上的曲柄销固定孔29上。铝合金球形接头14和曲柄20之间用大套筒19调整高度，曲柄销18用曲柄销紧定螺钉1通过曲柄销紧定螺钉孔30锁紧在曲柄20上，与曲柄20无相对运动。曲柄20通过空心杯电机轴固定孔28于空心杯电机7相连接，并通过曲柄定位顶丝孔27用曲柄定位顶丝3固定在空心杯电机7的输出轴上，与空心杯电机轴无相对运动，且可以随空心杯电机7的输出轴一起周转。
上述的腿8材料为7075硬质铝合金，长度约为0.12米，直径为0.004米，腿8与摇杆销15所成角度约为30°，运动时腿8与机身所成角度为45°至80°，即摆动角度为35°。摇杆11材料为7075硬质铝合金，厚度约为0.002米。摇杆销15和曲柄销18的材料均为45钢，长度约为0.015米，直径为0.002米。铝合金球形接头14上的通孔直径为0.002米，连接两个铝合金球形接头14的铝合金球形接头连杆17的材料为45钢，长度约为0.02米，直径为0.03米。两个铝合金球形接头14的通孔间距为0.03米。曲柄销18与曲柄20垂直，曲柄20的材料为铝合金，曲柄销18与空心杯电机转轴的中心距为0.009米。
编码器6安装在空心杯电机7的末端并与空心杯电机7同轴，可通过控制实现对空心杯电机的精密的速度和位置闭环控制，编码器直径约为0.015米。三个空心杯电机7分别通过两个螺钉固定在机身4上，提供机器人腿部摆动的动力。空心杯电机7的输出轴材料为钢材，直径为0.004米，出轴长度约为0.01米。电源及控制电路5通过螺钉固定在机身4上，与机身4之间无相对运动。电源为3.7V锂电池，为控制部分和空心杯电机7提供电力。长×宽×高约为0.04米×0.03米×0.004米。
本发明结构紧凑，性能稳定，能够实现机器人的全向运动及其它多种运动。是一种理想型的三足机器人研究平台，可用于三足机器人的步态规划研究，也可以作为三足玩具向市场推广，具有较大的实用和推广价值。

Claims (10)

1.三足机器人,其特征在于：其包括有曲柄销紧定螺钉(1)，摇杆支架(2)，曲柄定位顶丝(3)，机身(4)，电源及控制电路(5)，编码器(6)，电机(7)，腿(8)，摇杆支架固定螺钉(9)，摇杆转轴(10)，摇杆(11)，卡簧(12)，摇杆销紧定螺钉(13)，铝合金球形接头(14)，摇杆销(15)，小套筒(16)，铝合金球形接头连杆(17)，曲柄销(18)，大套筒(19)，曲柄(20)，摇杆销固定孔(21)，摇杆销紧定螺钉孔(22)，摇杆转轴孔(23)，腿固定孔(24)，摇杆支架固定孔(25)，摇杆转轴固定孔(26)，曲柄定位顶丝孔(27)，电机轴固定孔(28)，曲柄销固定孔(29)，曲柄销紧定螺钉孔(30)；在所述的机身(4)上水平间隔120°均匀固定有三个摇杆支架(2)，摇杆(11)通过摇杆转轴(10)固定在摇杆支架(2)上，摇杆(11)可以绕摇杆转轴(10)转动；腿(8)固定在摇杆(11)上，且与摇杆(11)无相对运动；一个铝合金球形接头(14)通过小套筒(16)连接在摇杆(11)上；一个铝合金球形接头(14)通过大套筒(19)与曲柄(20)连接；与摇杆(11)连接的铝合金球形接头(14)和与曲柄(20)连接的铝合金球形接头(14)通过铝合金球形接头连杆(17)相连；曲柄(20)与电机(7)的输出轴相连；编码器(6)与电机(7)的控制端相连，电源及控制电路(5)与电机(7)的电力输入端相连为电机(7)供电。
2.根据权利要求1所述的三足机器人，其特征在于：电机(7)分别通过两个螺钉固定在机身(4)上，电源及控制电路(5)通过螺钉固定机身(4)上。
3.根据权利要求1所述的三足机器人，其特征在于：摇杆支架(2)通过两个摇杆支架固定螺钉(9)固定在机身(4)上。
4.根据权利要求1所述的三足机器人，其特征在于：曲柄(20)通过曲柄定位顶丝(3)固定在电机(7)的输出轴上，且可以随电机(7)的输出轴一起转动。
5.根据权利要求1所述的三足机器人，其特征在于：摇杆转轴(10)两端用卡簧(12)限位，使得摇杆转轴(10)只转动不发生横向滑动。
6.根据权利要求1所述的三足机器人，其特征在于：通过小套筒(16)与摇杆(11)相连的铝合金球形接头(14)通过铝合金球形接头(14)上的通孔用摇杆销(15)固定。
7.根据权利要求1所述的三足机器人，其特征在于：通过大套筒(19)与曲柄(20)相连的铝合金球形接头(14)通过铝合金球形接头(14)上的通孔用曲柄销(18)固定。
8.根据权利要求1所述的三足机器人，其特征在于：摇杆销(15)用摇杆销紧定螺钉(13)锁紧在摇杆(11)上，与摇杆(11)无相对运动。
9.根据权利要求1所述的三足机器人，其特征在于：所述的曲柄(20)的数目为三个，分别为固定在三个摇杆支架(2)的腿(8)提供动力。
10.根据权利要求1所述的三足机器人，其特征在于：两个铝合金球形接头(14)的高度分别通过小套筒(16)和大套筒(19)来调节。
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