CN107161234B - 可变步态机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可变步态机器人，包括机身和设置于所述机身可变步态行走机构；所述可变步态行走机构包括用于与地面接触的足端、用于带动所述足端沿前进方向往复摆动实现行走的曲柄摇杆机构以及调整所述曲柄摇杆机构的机架杆与机身相对位置的步态调整机构，该机器人的腿部行走机构为闭环结构，便于控制，本机器人的行走机构为可变步态机构，可以实现在路况较好时高速奔跑，路况不好时进行越障，同时能够通过足底有效减震，避免机身收到冲击。
Description
技术领域
本发明涉及机器人领域，具体是一种可变步态机器人。
背景技术
目前四足机器人足端领域多为带有关节的开环腿部，如申请号为CN201110303670.7的专利所公开的一种四足机器人腿部机构，采用电机、铰链和弹簧仿生四足动物的腿部关节，其腿部机构模仿哺乳动物的身形比例，机器人整体腿部的运动由电机驱动和弹簧调整，采用开环控制，自由度大于1，所以这种机器人的控制方案特别复杂，且腿部的弹簧加大了实际控制的复杂性，对于机器人整体的平衡和运动方案有很大的挑战，同时起开环控制相对于闭环控制具有不稳定性，不利于机器人奔跑，速度具有局限性。
为解决以上问题，需要一种可变步态机器人，该机器人的腿部行走机构为闭环结构，便于控制，另外，本机器人的行走机构为可变步态机构，可以实现在路况较好时高速奔跑，路况不好时进行越障，同时能够通过足底有效减震，避免机身收到冲击。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种可变步态机器人，该机器人的腿部行走机构为闭环结构，便于控制，另外，本机器人的行走机构为可变步态机构，可以实现在路况较好时高速奔跑，路况不好时进行越障，同时能够通过足底有效减震，避免机身收到冲击。
本发明的可变步态机器人，包括机身和设置于所述机身可变步态行走机构；所述可变步态行走机构包括用于与地面接触的足端、用于带动所述足端沿前进方向往复摆动实现行走的曲柄摇杆机构以及调整所述曲柄摇杆机构的机架杆与机身相对位置的步态调整机构；
进一步，所述步态调整机构包括曲柄滑块机构；所述曲柄摇杆机构的机架杆铰接于所述机身并作为所述曲柄滑块机构的曲柄；
进一步，所述步态调整机构还包括用于驱动所述曲柄滑块机构的滑块沿机身往复运动的丝杆螺母副，所述丝杆可转动设置于机身，所述螺母与曲柄滑块机构的滑块相互固定；
进一步，所述足端通过连接杆固定连接于曲柄摇杆机构的连杆上；
进一步，所述曲柄滑块机构的滑块包括滑槽块和固定于所述滑槽块的轴承座；所述轴承座通过轴承可转动配合一铰轴并通过该铰轴与曲柄滑块机构的连杆铰接；所述滑槽块底部设有滑槽并该滑槽与设置于所述机身上的滑道滑动配合；
进一步，所述足端为C形结构，且足端通过其外圆弧面与地面接触；
进一步，所述可变步态行走机构还包括设置于所述机身用于驱动所述曲柄摇杆机构的曲柄旋转的行走驱动电机，所述步态调整机构还包括用于驱动所述丝杆螺母副的丝杆旋转的步态调节电机；
进一步，所述曲柄摇杆机构的曲柄、机架杆、连杆和摇杆之间的长度比例为5：13：15：15。
本发明的有益效果是：本发明的可变步态机器人，通过设置于机身的可变步态行走机构进行行走，可变步态行走机构包括作为腿部的曲柄摇杆机构和通过曲柄摇杆机构带动沿前进方向往复移动实现行走，本发明中，曲柄摇杆机构的曲柄、连杆、摇杆、机架杆依次首尾铰接，机架杆以可调节位置的方式与机身固定，曲柄和机架之间铰接端连接于机器人机身，行走时，曲柄绕该铰接端旋转，使连杆和摇杆在平面内摆动，足端连接于连杆，并通过连杆带动其沿前进方向往复移动，由于曲柄摇杆机构为闭环结构，其自由度为1，在控制方面实现闭环控制，稳定性较高；另一方面，由于曲柄摇杆机构的机架杆可以通过步态调整机构调整其与机身的相对位置，当机架杆的位置改变后，连杆和摇杆的摆动轨迹和行程将会随之变化，从而实现行走机构行走步态在越障和高速奔跑形态下切换。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的可变步态行走机构的结构示意图；
图3位本发明的可变步态行走机构的机构示意简图。
具体实施方式
图1为本发明的整体结构示意图。如图所示，本实施例中的可变步态机器人，包括机身2和设置于所述机身2可变步态行走机构；所述可变步态行走机构包括用于与地面接触的足端4、用于带动所述足端4沿前进方向往复摆动实现行走的曲柄摇杆机构5以及调整所述曲柄摇杆机构5的机架杆6与机身2相位位置的步态调整机构；本实施例的可变步态机器人，通过设置于机身2的可变步态行走机构进行行走，可变步态行走机构包括作为腿部的曲柄摇杆机构5和通过曲柄摇杆机构5带动沿前进方向往复移动实现行走，本发明中，曲柄摇杆机构5的曲柄7、连杆8、摇杆12、机架杆6依次首尾铰接，机架杆6以可调节位置的方式与机身2固定，曲柄7和机架之间铰接端连接于机器人机身2，行走时，曲柄7绕该铰接端旋转，使连杆8和摇杆12在平面内摆动，足端4连接于连杆8，并通过连杆8带动其沿前进方向往复移动，由于曲柄摇杆机构5为闭环结构，其自由度为1，在控制方面实现闭环控制，稳定性较高；另一方面，由于曲柄摇杆机构5的机架杆6可以通过步态调整机构调整其与机身2的相对位置，当机架杆6的位置改变后，连杆8和摇杆12的摆动轨迹和行程将会随之变化，从而实现行走机构行走步态在越障和高速奔跑形态下切换。
本实施例中，所述步态调整机构包括曲柄滑块机构3；所述曲柄摇杆机构5的机架杆6铰接于所述机身2并作为所述曲柄滑块机构3的曲柄，曲柄滑块机构3的连杆9铰接于曲柄摇杆机构5的机架杆6中部，通过滑块的移动可以带动曲柄摇杆机构5的机架杆6相对于机身2转动，实现行走机构步态的调整，当调整完毕后，滑块应与机身2保持固定，从而使机架杆6与机身2相对固定。
本实施例中，所述步态调整机构还包括用于驱动所述曲柄滑块机构3的滑块沿机身2往复运动的丝杆螺母副10，所述丝杆可转动设置于机身2，所述螺母与曲柄滑块机构3的滑块相互固定，丝杆旋转时，丝杆螺母副10进行螺旋传动，将旋转运动转化为滑块的往复直线运动，当丝杆不转动时，滑块的位置将被锁定。
本实施例中，所述足端4通过连接杆1固定连接于曲柄摇杆机构5的连杆8上，连接杆1的连接面分别在空间上保持垂直，其中连接杆1与连杆8的连接位置距曲柄7与连杆8铰接中心为1/3个连杆8的距离，二者之间采用3颗螺钉固定，连接杆1与足端4相连的部分，也采用三颗螺钉固定连接。
本实施例中，所述曲柄滑块机构3的滑块包括滑槽块和固定于所述滑槽块的轴承座11；所述轴承座11通过轴承可转动配合一铰轴并通过该铰轴与曲柄滑块机构3的连杆9铰接；所述滑槽块底部设有滑槽并该滑槽与设置于所述机身2上的滑道滑动配合；本实施例的所述的滑块由轴承座11和下面贴于机身2的滑槽块组成，所述滑槽块中间开有槽，该槽贴于机身2的底板上，可以在机身2上直线位移，位移的动力由丝杆螺母提供，滑槽块与丝杆螺母上的螺母通过限位槽连接和限位，可以限制丝杆螺母副10的螺母的左、右和上三个方位。滑槽块和轴承座11通过滑槽块上的浅槽以及螺钉、螺母连接固定，轴承座11中的铰轴铰接曲柄滑块机构3的连杆9。
本实施例中，所述足端4为C形结构，且足端4通过其外圆弧面与地面接触；C形结构的足端4具有减震功能，行走时，其外圆与地面接触，行走过程更加平缓。
本实施例中，所述可变步态行走机构还包括设置于所述机身2用于驱动所述曲柄摇杆机构5的曲柄7旋转的行走驱动电机，所述步态调整机构还包括用于驱动所述丝杆螺母副10的丝杆旋转的步态调节电机。
本实施例中，所述曲柄摇杆机构5的曲柄7、机架杆6、连杆8和摇杆12之间的长度比例为5：13：15：15；当机架杆在初始状态(即曲柄摇杆机构的连杆8呈水平状态)与水平方向呈60°时，行走机构处于高速奔跑状态，当机架杆在初始状态与水平方向呈90°或30°时，行走机构处于越障状态。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种可变步态机器人，其特征在于：包括机身和设置于所述机身的可变步态行走机构；所述可变步态行走机构包括用于与地面接触的足端、用于带动所述足端沿前进方向往复摆动实现行走的曲柄摇杆机构以及调整所述曲柄摇杆机构的机架杆与机身相对位置的步态调整机构；所述步态调整机构包括曲柄滑块机构；所述曲柄摇杆机构的机架杆铰接于所述机身并作为所述曲柄滑块机构的曲柄；所述曲柄滑块机构的滑块包括滑槽块和固定于所述滑槽块的轴承座；所述轴承座通过轴承可转动配合一铰轴并通过该铰轴与曲柄滑块机构的连杆铰接；所述滑槽块底部设有滑槽并该滑槽与设置于所述机身上的滑道滑动配合。
2.根据权利要求1所述的可变步态机器人，其特征在于：所述步态调整机构还包括用于驱动所述曲柄滑块机构的滑块沿机身往复运动的丝杆螺母副，所述丝杆螺母副的丝杆可转动设置于机身，所述丝杆螺母副的螺母与曲柄滑块机构的滑块相互固定。
3.根据权利要求2所述的可变步态机器人，其特征在于：所述足端通过连接杆固定连接于曲柄摇杆机构的连杆上。
4.根据权利要求3所述的可变步态机器人，其特征在于：所述足端为C形结构，且足端通过其外圆弧面与地面接触。
5.根据权利要求4所述的可变步态机器人，其特征在于：所述可变步态行走机构还包括设置于所述机身用于驱动所述曲柄摇杆机构的曲柄旋转的行走驱动电机，所述步态调整机构还包括用于驱动所述丝杆螺母副的丝杆旋转的步态调节电机。
6.根据权利要求5所述的可变步态机器人，其特征在于：所述曲柄摇杆机构的曲柄、机架杆、连杆和摇杆之间的长度比例为5：13：15：15。
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