CN103625571A - 机器人行走机构及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人行走机构，它包括左前腿、右前腿、左后腿、右后腿、左前脚、右前脚、左后脚和右后脚，它还包括连接板、第一连杆和第二连杆，所述的左前腿的上端和左后腿的上端相铰接，所述的右前腿的上端和右后腿的上端相铰接，连接板的两侧分别与左前腿和右前腿相铰接，第一连杆和第二连杆的一端分别与连接板的两侧相铰接，第一连杆和第二连杆的另一端分别与左后腿和右后腿相铰接，左前腿和右前腿的上端端部之间连接有固定杆，固定杆上设有用于驱动连接板上下翻转的驱动装置，所述的左前脚、右前脚、左后脚和右后脚均设有可上下伸缩的插杆。本发明结构简单而且在泥地、沙地中行走时不容易摔倒。

Description

机器人行走机构及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种机器人行走机构及其控制方法。

背景技术

目前的两足步行机器人或是四足步行机器人的行走机构，其结构一般都比较复杂，而且这些机器人的行走机构一般无法适应泥地、沙地等路况，这些机器人在泥地、沙地中行走时比较容易摔倒。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供结构简单而且在泥地、沙地中行走时不容易摔倒的机器人行走机构。

为解决上述技术问题，本发明提供的机器人行走机构，它包括左前腿、右前腿、左后腿、右后腿、连接在左前腿下端的左前脚、连接在右前腿下端的右前脚、连接在左后腿下端的左后脚和连接在右后腿下端的右后脚，它还包括连接板、第一连杆和第二连杆，所述的左前腿的上端和左后腿的上端相铰接，所述的右前腿的上端和右后腿的上端相铰接，连接板的两侧分别与左前腿和右前腿相铰接，第一连杆和第二连杆的一端分别与连接板的两侧相铰接，第一连杆和第二连杆的另一端分别与左后腿和右后腿相铰接，左前腿和右前腿的上端端部之间连接有固定杆，固定杆上设有用于驱动连接板上下翻转的驱动装置，所述的左前脚、右前脚、左后脚和右后脚均包括电磁铁、复位弹簧、由电磁铁和复位弹簧控制而上下伸缩的插杆，驱动装置和电磁铁分别通过电控部件与一控制器电连接。

作为优选，所述的连接板的两侧分别与左前腿和右前腿相铰接是指连接板的一端的两侧分别与左前腿和右前腿相铰接，第一连杆和第二连杆的一端分别与连接板的两侧相铰接是指第一连杆和第二连杆的一端分别与连接板的中部的两侧相铰接。

作为优选，所述的驱动装置包括步进电机、万向联轴器和丝杠组件，丝杠组件包括相配合的螺杆和螺母，步进电机的输出轴通过万向联轴器与螺杆的一端连接，螺杆的另一端与螺母螺纹连接，螺母铰接在连接板的一端。

作为优选，所述的连接板的靠近左后腿和右后腿的一端面设有缺口，连接板的上表面的位于缺口两侧的位置分别设有一个安装座，螺母设于缺口上方并且螺母的两端分别与两个安装座可转动连接。

本发明还提供了一种机器人行走机构的控制方法，它包括以下步骤：

（1）、控制器控制左前脚和右前脚中的电磁铁得电，使得左前脚和右前脚中的插杆向下伸出而插入地面，使得左前脚和右前脚被固定；控制器控制左后脚和右后脚中的电磁铁失电，使得左后脚和右后脚中的插杆由于受到复位弹簧的作用向上回缩而脱离地面，使得左后脚和右后脚可以移动；

（2）、控制器控制步进电机正转，步进电机通过丝杠组件使得连接板向上翻转，连接板通过第一连杆和第二连杆带动左后腿和右后腿向前移动；

（3）、控制器控制左后脚和右后脚中的电磁铁得电，使得左后脚和右后脚中的插杆向下伸出而插入地面，使得左后脚和右后脚被固定；

（4）、控制器控制左前脚和右前脚中的电磁铁失电，使得左前脚和右前脚中的插杆向上回缩而脱离地面，使得左前脚和右前脚可以移动；

（5）、控制器控制步进电机反转，步进电机通过丝杠组件使得连接板向下翻转，连接板带动左前腿和右前腿向前移动；

（6）、返回步骤1并按上述步骤继续执行。

本发明机器人行走机构及其控制方法与现有技术相比，具有以下的优点：

一、只需要一个步进电机即可带动该机器人行走机构行走，而且结构简单，零部件较少，使得制造方便，成本低。

二、本发明在使用时，可以通过插杆向下伸出插入地面而使得左前脚和右前脚或左后脚和右后脚被固定，也就是说当左后脚和右后脚向前移动时，左前脚和右前脚被固定，当左前脚和右前脚向前移动时，左后脚和右后脚被固定，使得该机器人行走机构在泥地、沙地中行走时不容易摔倒。

附图说明

图1是本发明机器人行走机构的结构示意图；

图2是本发明机器人行走机构的俯视图；

图3是本发明机器人行走机构的侧视图；

图4是图3中A的放大图；

图5是本发明机器人行走机构的另一实施例的侧视图；

图6是图5中B的放大图。

其中，1、左前腿；2、右前腿；3、左后腿；4、右后腿；501、左前脚；502、右前脚；503、左后脚；504、右后脚；6、连接板；601、缺口；7、第一连杆；8、第二连杆；9、固定杆；10、步进电机；11、万向联轴器；12、螺杆；13、螺母；14、安装座；15、电磁铁；16、插杆；17、复位弹簧；18、底座；19、通孔；20、底板；21、挡板；22、圆锥形部分；23、钢钉。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地说明。

由图1、图2、图3、图4所示，本发明机器人行走机构包括左前腿1、右前腿2、左后腿3、右后腿4、连接在左前腿1下端的左前脚501、连接在右前腿2下端的右前脚502、连接在左后腿3下端的左后脚503和连接在右后腿4下端的右后脚504，左前脚501为铰接在左前腿1的下端并可通过锁紧螺母锁紧，右前脚502为铰接在右前腿2的下端并可通过锁紧螺母锁紧，左后脚503为铰接在右后腿3的下端并可通过锁紧螺母锁紧，右后脚504为铰接在右后腿4的下端并可通过锁紧螺母锁紧，也就是说可以调整左前脚501、右前脚502、左后脚503、右后脚504的角度，以适应上坡、下坡等路况，左前脚501和左前腿1的连接处、右前脚502和右前腿2的连接处、左后脚503和右后腿3的连接处、右后脚504和右后脚504的连接处均设有限位机构，使得左前脚501、右前脚502、左后脚503、右后脚504调整角度时只能在前后30度的角度范围内旋转。

所述的机器人行走机构还包括连接板6、第一连杆7和第二连杆8，所述的左前腿1的上端和左后腿3的上端相铰接，所述的右前腿2的上端和右后腿4的上端相铰接，连接板6的两侧分别与左前腿1和右前腿2相铰接，第一连杆7和第二连杆8的一端分别与连接板6的两侧相铰接，第一连杆7和第二连杆8的另一端分别与左后腿3和右后腿4相铰接，左前腿1和右前腿2的上端端部之间连接有固定杆9，固定杆9上设有用于驱动连接板6上下翻转的驱动装置，所述的左前脚501、右前脚502、左后脚503和右后脚504均包括电磁铁15、复位弹簧17、由电磁铁15和复位弹簧17控制而上下伸缩的插杆16，驱动装置和电磁铁501分别通过电控部件与一控制器电连接，所述的复位弹簧17为拉簧，插杆16为铁制的，如图4所示，所述的电磁铁15设置于一底座18上，底座18上设有上下贯通的通孔19，底座18的下端设有底板20，插杆16垂直设置并穿设于底板20上，复位弹簧17的一端与底板20的下端面相连接，复位弹簧17的另一端与插杆16的下端相连接，插杆16的上端与电磁铁15相接触，插杆16的上端设有挡板21，挡板21可在通孔19内上下滑动，当挡板21滑动到底板20上端面时，挡板21停止滑动，使得插杆16停止向下伸出，插杆16的下端为尖削的圆锥形部分22，圆锥形部分22加工方便，以便于在插杆16向下伸出时插入泥地、沙地中，当电磁铁15通电时，插杆16受到电磁铁15的排斥力作用而向下伸出，当电磁铁15断电时，插杆由于受到复位弹簧17的拉力作用而向上回缩。

参照图5、图6所示，也可以在插杆16的下端设置多根竖直向下设置的钢钉23，在插杆16向下伸出时，钢钉23可以更容易插入泥土、沙地中。

所述的连接板6的两侧分别与左前腿1和右前腿2相铰接是指连接板6的一端的两侧分别与左前腿1和右前腿2相铰接，第一连杆7和第二连杆8的一端分别与连接板6的两侧相铰接是指第一连杆7和第二连杆8的一端分别与连接板6的中部的两侧相铰接，这样的结构，使得连接板6的长度较短，使得该机器人行走机构的整体体积较小。

所述的驱动装置包括步进电机10、万向联轴器11和丝杠组件，丝杠组件包括相配合的螺杆12和螺母13，步进电机10的输出轴通过万向联轴器11与螺杆12的一端连接，螺杆12的另一端与螺母13螺纹连接，螺母13铰接在连接板6的一端，所述的步进电机通过步进电机控制器与控制器电连接，所述的电磁铁501通过继电器与控制器电连接，所述的控制器为PLC，控制器通过步进电机控制器控制步进电机进行正转和反转，控制器通过继电器控制电磁铁15的得电和失电。

所述的连接板6的靠近左后腿3和右后腿4的一端面设有缺口601，连接板6的上表面的位于缺口601两侧的位置分别设有一个安装座14，螺母13设于缺口601上方并且螺母13的两端分别与两个安装座14可转动连接，通过万向联轴器11来连接步进电机10的输出轴和螺杆12，使得在连接杆6上下翻转改变角度时，步进电机10的输出轴始终可以传递扭矩到螺杆12，而且由于螺母13的两端分别与两个安装座14可转动连接，使得螺母13可以相对于连接板6转动，也就是当连接板6上下翻转时，螺母13可以不断调节角度和螺杆12相配合，再则，由于螺母13设于缺口601上方，也就使得在连接板6上下翻转时，螺杆12可以穿过缺口601，可以避免在连接板6上下翻转时，连接板6碰撞到螺杆12.

上述机器人行走机构的控制方法，通过以下步骤实现：

（1）、控制器控制左前脚和右前脚中的电磁铁得电，使得左前脚和右前脚中的插杆向下伸出而插入地面，使得左前脚和右前脚被固定；控制器控制左后脚和右后脚中的电磁铁失电，使得左后脚和右后脚中的插杆由于受到复位弹簧的作用向上回缩而脱离地面，使得左后脚和右后脚可以移动；

（2）、控制器控制步进电机正转，步进电机通过丝杠组件使得连接板向上翻转，连接板通过第一连杆和第二连杆带动左后腿和右后腿向前移动，当连接板向上翻转时，左前腿和左后腿之间、右前腿和右后腿之间呈收拢的趋势，而此时由于左前脚和右前脚被固定无法移动，使得左前腿和右前腿无法移动，这就使得左后腿和右后腿向着左前腿和右前腿的方向移动，也就使得左后腿和右后腿向前移动了；

（3）、当左后腿和右后腿向前移动一定距离后，控制器控制左后脚和右后脚中的电磁铁得电，使得左后脚和右后脚中的插杆向下伸出而插入地面，使得左后脚和右后脚被固定；

（4）、控制器控制左前脚和右前脚中的电磁铁失电，使得左前脚和右前脚中的插杆向上回缩而脱离地面，使得左前脚和右前脚可以移动；

（5）、控制器控制步进电机反转，步进电机通过丝杠组件使得连接板向下翻转，连接板带动左前腿和右前腿向前移动，当连接板向下翻转时，左前腿和左后腿之间、右前腿和右后腿之间呈张开的趋势，而此时由于左后脚和右后脚被固定无法移动，使得左后腿和右后腿无法移动，这就使得左前腿和右前腿向前移动了；

（6）、返回步骤1并按上述步骤继续执行。

控制器控制电磁铁得电和失电是通过发送信号到连接在相应的电磁铁的供电回路上的继电器来实现，控制器控制继电器闭合，则与该继电器对应的电磁铁得电，控制器控制继电器断开，则与该继电器对应的电磁铁失电，控制器控制步进电机正转和反转是通过发送信号到步进电机控制器来实现。

以上仅就本发明应用较佳的实例做出了说明，但不能理解为是对权利要求的限制，本发明的结构可以有其他变化，不局限于上述结构。总之，凡在本发明的独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种机器人行走机构，它包括左前腿（1）、右前腿（2）、左后腿（3）、右后腿（4）、连接在左前腿（1）下端的左前脚（501）、连接在右前腿（2）下端的右前脚（502）、连接在左后腿（3）下端的左后脚（503）和连接在右后腿（4）下端的右后脚（504），其特征在于：它还包括连接板（6）、第一连杆（7）和第二连杆（8），所述的左前腿（1）的上端和左后腿（3）的上端相铰接，所述的右前腿（2）的上端和右后腿（4）的上端相铰接，连接板（6）的两侧分别与左前腿（1）和右前腿（2）相铰接，第一连杆（7）和第二连杆（8）的一端分别与连接板（6）的两侧相铰接，第一连杆（7）和第二连杆（8）的另一端分别与左后腿（3）和右后腿（4）相铰接，左前腿（1）和右前腿（2）的上端端部之间连接有固定杆（9），固定杆（9）上设有用于驱动连接板（6）上下翻转的驱动装置，所述的左前脚（501）、右前脚（502）、左后脚（503）和右后脚（504）均包括电磁铁（15）、复位弹簧（17）、由电磁铁（15）和复位弹簧（17）控制而上下伸缩的插杆（16），驱动装置和电磁铁（501）分别通过电控部件与一控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的机器人行走机构，其特征在于：所述的连接板（6）的两侧分别与左前腿（1）和右前腿（2）相铰接是指连接板（6）的一端的两侧分别与左前腿（1）和右前腿（2）相铰接，第一连杆（7）和第二连杆（8）的一端分别与连接板（6）的两侧相铰接是指第一连杆（7）和第二连杆（8）的一端分别与连接板（6）的中部的两侧相铰接。

3.根据权利要求2所述的机器人行走机构，其特征在于：所述的驱动装置包括步进电机（10）、万向联轴器（11）和丝杠组件，丝杠组件包括相配合的螺杆（12）和螺母（13），步进电机（10）的输出轴通过万向联轴器（11）与螺杆（12）的一端连接，螺杆（12）的另一端与螺母（13）螺纹连接，螺母（13）铰接在连接板（6）的一端。

4.根据权利要求3所述的机器人行走机构，其特征在于：所述的连接板（6）的靠近左后腿（3）和右后腿（4）的一端面设有缺口（601），连接板（6）的上表面的位于缺口（601）两侧的位置分别设有一个安装座（14），螺母（13）设于缺口（601）上方并且螺母（13）的两端分别与两个安装座（14）可转动连接。

5.根据权利要求4所述的机器人行走机构，其特征在于：所述的插杆（16）的下端为尖削的圆锥形部分（22）。

6.根据权利要求4所述的机器人行走机构，其特征在于：所述的插杆（16）的下端设有多根竖直向下设置的钢钉（23）。

7.一种基于权利要求1至6所述的任意一项的机器人行走机构的控制方法，其特征在于，它包括以下步骤：

（1）、控制器控制左前脚和右前脚中的电磁铁得电，使得左前脚和右前脚中的插杆向下伸出而插入地面，使得左前脚和右前脚被固定；控制器控制左后脚和右后脚中的电磁铁失电，使得左后脚和右后脚中的插杆由于受到复位弹簧的作用向上回缩而脱离地面，使得左后脚和右后脚可以移动；

（2）、控制器控制步进电机正转，步进电机通过丝杠组件使得连接板向上翻转，连接板通过第一连杆和第二连杆带动左后腿和右后腿向前移动；

（3）、控制器控制左后脚和右后脚中的电磁铁得电，使得左后脚和右后脚中的插杆向下伸出而插入地面，使得左后脚和右后脚被固定；

（4）、控制器控制左前脚和右前脚中的电磁铁失电，使得左前脚和右前脚中的插杆向上回缩而脱离地面，使得左前脚和右前脚可以移动；

（5）、控制器控制步进电机反转，步进电机通过丝杠组件使得连接板向下翻转，连接板带动左前腿和右前腿向前移动；

（6）、返回步骤（1）并按上述步骤继续执行。

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