CN107651035A - 一种变拓扑辐条步行双足机器人 - Google Patents
一种变拓扑辐条步行双足机器人 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107651035A CN107651035A CN201710849505.9A CN201710849505A CN107651035A CN 107651035 A CN107651035 A CN 107651035A CN 201710849505 A CN201710849505 A CN 201710849505A CN 107651035 A CN107651035 A CN 107651035A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- spoke
- component
- biped robot
- sprocket
- variable topological
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D57/00—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track
- B62D57/02—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members
- B62D57/028—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members having wheels and mechanical legs
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Transportation (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
本发明公开了一种变拓扑辐条步行双足机器人，包括左右轮足组件、左右小腿组件、左右大腿组件以及髋关节组件；左右轮足组件分别连接在左右小腿组件的下端，左右小腿组件连接在左右大腿组件的下部，左右大腿组件的上端与髋关节组件相连接；左右轮足组件中分别设置有一个可转动的主体，在该主体中穿设有三根呈60°间隔分布的轮辐，且每根轮辐均可沿其长度方向来回移动，用于在其落地前，可根据落地点的路况需要，伸缩相应的轮辐；由于采用了三根呈60°间隔分布且可沿其长度方向来回移动的轮辐，结合双足机器人的腿部形成了独特的移动性，提高了双足机器人对坑洼路面、山地、平地等复杂地形以及跨越障碍物的适应能力，且能耗低、步行效率高。
Description
技术领域
本发明涉及机器人领域，尤其涉及的是一种变拓扑辐条步行双足机器人。
背景技术
近来，腿轮混合机器人已引起人们的较多关注，一方面，腿部运动更能适应广泛的非结构化的场地(例如坑洼路面、山地)，但腿部复杂的机制很难实施；另一方面，轮式运动虽然快速有效，但往往局限于相对平坦的地形(例如平地)。
而现有技术中的双足机器人，脚部结构偏大，三关节结构的控制难度也较大，其行走控制方法大多基于ZMP(Zero Moment Point，零力矩点)动态控制方法，能耗高、步行效率低。
因此，现有技术尚有待改进和发展。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种变拓扑辐条步行双足机器人，能耗低、步行效率高。
本发明的技术方案如下：一种变拓扑辐条步行双足机器人，包括左右轮足组件、左右小腿组件、左右大腿组件以及髋关节组件；所述左右轮足组件分别连接在左右小腿组件的下端，所述左右小腿组件连接在左右大腿组件的下部，所述左右大腿组件的上端与髋关节组件相连接；所述左右轮足组件中分别设置有一个可转动的主体，在该主体中穿设有三根呈60°间隔分布的轮辐，且每根轮辐均可沿其长度方向来回移动，用于在其落地前，可根据落地点的路况需要，伸缩相应的轮辐。
所述的变拓扑辐条步行双足机器人，其中：所述左右轮足组件中的单个主体包括依次叠置的三组轮辐单元，相邻的轮辐单元之间互不干扰，各自独立运动。
所述的变拓扑辐条步行双足机器人，其中：每组轮辐单元都包括一所述轮辐、一张力链、两被动链轮、一主动链轮和链轮驱动器；其中，所述链轮驱动器用于驱动主动链轮来回转动，所述张力链的两端分别与轮辐的两端相固定；所述主动链轮和两被动链轮均位于轮辐的同一侧，所述主动链轮的轴心与两被动链轮的轴心组成三角形，且两被动链轮的轴心与轮辐的距离相等，所述主动链轮的轴心与轮辐的距离大于两被动链轮的轴心与轮辐的距离；所述张力链缠绕在轮辐、主动链轮和两被动链轮之间，用于在主动链轮和两被动链轮带动下来回移动轮辐。
所述的变拓扑辐条步行双足机器人，其中：所述主动链轮的轴心与两被动链轮的轴心组成等腰钝角三角形。
所述的变拓扑辐条步行双足机器人，其中：所述张力链从轮辐与被动链轮之间穿过，缠绕主动链轮远离轮辐的一侧，并从轮辐与被动链轮之间穿过。
所述的变拓扑辐条步行双足机器人，其中：在所述轮辐的两侧各设置有一组滑轮，用于形成轮辐来回移动的滑槽，所述滑轮均位于两被动链轮的外侧。
所述的变拓扑辐条步行双足机器人，其中：所述轮辐采用柔性碳纤维制作。
所述的变拓扑辐条步行双足机器人，其中：所述髋关节组件由平衡板、髋关节电机和球形关节组成；所述平衡板上设置有电机安置位，所述球形关节用于将左右大腿组件连接在平衡板上。
所述的变拓扑辐条步行双足机器人，其中：所述左右大腿组件包括左右传动组件和左右股骨组成；所述左右传动组件中设置有相互啮合的转向齿轮，用于在髋关节电机的驱动下带动左右股骨实现前后跨步和转向。
所述的变拓扑辐条步行双足机器人，其中：所述左右大腿组件还包括左右大腿电机；所述左右小腿组件由丝杠导轨、滑块、同步带和左右胫骨组成，用于在左右大腿电机的驱动下，通过同步带带动滑块沿丝杠导轨上下移动，以实现左右胫骨相对左右股骨的上下移动。
本发明所提供的一种变拓扑辐条步行双足机器人，由于采用了三根呈60°间隔分布且可沿其长度方向来回移动的轮辐，结合双足机器人的腿部形成了独特的移动性，提高了双足机器人对坑洼路面、山地、平地等复杂地形以及跨越障碍物的适应能力，且能耗低、步行效率高，对搜索、救援、侦查和反恐非常具有实用价值。
附图说明
图1是本发明变拓扑辐条步行双足机器人实施例的结构示意正视图；
图2是本发明变拓扑辐条步行双足机器人实施例的结构示意侧视图；
图3是本发明变拓扑辐条步行双足机器人实施例所用左右轮足组件中的主体的结构示意图；
图4是本发明变拓扑辐条步行双足机器人实施例所用轮辐单元的结构示意图；
图5是本发明变拓扑辐条步行双足机器人实施例所用左右轮足组件在多场景地形下的变化示意图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的具体实施方式和实施例加以详细说明，所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并非用于限定本发明的具体实施方式。
如图1和2所示，图1是本发明变拓扑辐条步行双足机器人实施例的结构示意正视图，图2是本发明变拓扑辐条步行双足机器人实施例的结构示意侧视图，该变拓扑辐条步行双足机器人包括左右轮足组件110、左右小腿组件120、左右大腿组件130以及髋关节组件140；所述左右轮足组件110分别连接在左右小腿组件120的下端，所述左右小腿组件120连接在左右大腿组件130的下部，所述左右大腿组件130的上端与髋关节组件140相连接。
具体的，所述髋关节组件140由平衡板141、髋关节电机和球形关节142组成；所述平衡板141上设置有电机安置位，所述球形关节142用于将左右大腿组件130连接在平衡板141上。
具体的，所述左右大腿组件130包括左右传动组件132和左右股骨131组成；所述左右传动组件132中设置有相互啮合的转向齿轮，用于在髋关节电机的驱动下带动左右股骨131实现前后跨步和转向。
较好的是，所述左右小腿组件120可伸缩设置，以配合所述左右轮足组件110更好地实现跨越障碍，或者爬楼梯、爬坡，或者在凸凹不平的复杂地形上行走；具体的，所述左右大腿组件130还包括左右大腿电机133；所述左右小腿组件120由丝杠导轨、滑块、同步带和左右胫骨131组成，用于在左右大腿电机133的驱动下，通过同步带带动滑块沿丝杠导轨上下移动，以实现左右胫骨131相对左右股骨131的上下移动。
本发明变拓扑辐条步行双足机器人的改进点在于左右轮足组件110，具体的，所述左右轮足组件110中均设置有一个可转动的主体111，即左轮足组件中设置有一个可转动的主体，右轮足组件中也设置有一个可转动的主体；在单个主体111中穿设有三根呈60°间隔分布的轮辐(112a、112b和112c)，且每根轮辐(112a、112b或112c)均可沿其长度方向来回移动，用于在其落地前，根据落地点的路况需要，伸缩相应的轮辐(112a、112b或112c)。
结合图3所示，图3是本发明变拓扑辐条步行双足机器人实施例所用左右轮足组件中的主体的结构示意图，在本发明变拓扑辐条步行双足机器人的具体实施方式中，所述左右轮足组件110中的单个主体111包括依次叠置的三组轮辐单元111a、111b和111c，所述轮辐单元111a和轮辐单元111b各自独立运动，之间互不干扰，所述轮辐单元111b和轮辐单元111c各自独立运动，之间互不干扰，即相邻的轮辐单元之间互不干扰，各自独立运动。
结合图4所示，图4是本发明变拓扑辐条步行双足机器人实施例所用轮辐单元的结构示意图，以单组轮辐单元111a为例，每组轮辐单元111a都包括一前述轮辐112a、一张力链113a、两被动链轮(114a和115a)、一主动链轮116a和链轮驱动器；其中，所述张力链113a的两端分别与轮辐112a的两端相固定；所述主动链轮116a和两被动链轮(114a和115a)均位于轮辐112a的同一侧，所述主动链轮116a的轴心与两被动链轮(114a和115a)的轴心组成三角形，且两被动链轮(114a和115a)的轴心与轮辐112a的距离相等，所述主动链轮116a的轴心与轮辐112a的距离大于两被动链轮(114a和115a)的轴心与轮辐112a的距离；所述张力链113a缠绕在轮辐112a、主动链轮116a和两被动链轮(114a和115a)之间，所述链轮驱动器驱动主动链轮116a来回转动，用于根据落地点的路况需要，通过主动链轮116a和两被动链轮(114a和115a)带动张力链113a来回移动轮辐112a，以跨越障碍，或者爬楼梯、爬坡，或者在凸凹不平的复杂地形上行走。
优选地，所述主动链轮116a的轴心与两被动链轮(114a和115a)的轴心组成等腰钝角三角形，以拉大两被动链轮(114a和115a)之间的距离，从而在相同条件下减小链轮驱动器的负载，进一步减小能耗。
优选地，所述轮辐(112a、112b或112c)均采用柔性碳纤维制作，以利用碳纤维的耐久性和强度高，保护左右轮足组件110中的零部件。
优选地，所述张力链113a从轮辐112a与被动链轮114a之间穿过，缠绕主动链轮116a远离轮辐112a的一侧，并从轮辐112a与被动链轮115a之间穿过，以增加轮辐112a与主动链轮116a之间的包角，从而提高驱动性能。
在本发明变拓扑辐条步行双足机器人的具体实施方式中，还是以单组轮辐单元111a为例，为避免所述张力链113a脱开或脱离主动链轮116a和两被动链轮(114a和115a)，较好的是，在所述轮辐112a的两侧各设置有一组滑轮(117a和118a)，用于形成轮辐112a来回移动的滑槽，所述滑轮(117a和118a)均位于两被动链轮(114a和115a)的外侧。
如图5所示，图5是本发明变拓扑辐条步行双足机器人实施例所用左右轮足组件在多场景地形下的变化示意图，其中，(a)状态为左右轮足组件爬楼梯的场景状态，(b)状态为左右轮足组件爬坡的场景状态，(c)状态为左右轮足组件跨越障碍的场景状态，(d)状态为左右轮足组件行走在凸凹不平的复杂地形的场景状态，连接在左轮足组件与右轮足组件连线代表连接左右轮足组件的左右小腿组件、左右大腿组件以及髋关节组件；在(a)状态下，跨上楼梯并着地的轮辐缩短，位于楼梯下并着地的轮辐伸长；在(b)状态下，靠近斜坡顶端并着地的轮辐缩短，靠近斜坡底端并着地的轮辐伸长；在(c)状态下，跨越障碍物并着地的轮辐伸长；在(d)状态下，行走在凸包处并着地的轮辐缩短，行走在坑洼处并着地的轮辐伸长。
此外，为了更好地控制所述左右轮足组件110的运动，每根轮辐(112a、112b或112c)都配备有一个电机控制器、一个光学正交编码器和两个磁性簧片和两个限位开关进行控制；每个集线器都由伺服驱动电动机通过90度蜗轮减速机进行转换，每组轮辐单元111都设置有独立控制的一个光学正交编码器和一个线性凸轮限位开关。
应当理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不足以限制本发明的技术方案，对本领域普通技术人员来说，在本发明的精神和原则之内，可以根据上述说明加以增减、替换、变换或改进，而所有这些增减、替换、变换或改进后的技术方案，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种变拓扑辐条步行双足机器人，包括左右轮足组件、左右小腿组件、左右大腿组件以及髋关节组件；所述左右轮足组件分别连接在左右小腿组件的下端，所述左右小腿组件连接在左右大腿组件的下部，所述左右大腿组件的上端与髋关节组件相连接；其特征在于：所述左右轮足组件中分别设置有一个可转动的主体，在该主体中穿设有三根呈60°间隔分布的轮辐，且每根轮辐均可沿其长度方向来回移动，用于在其落地前，可根据落地点的路况需要，伸缩相应的轮辐。
2.根据权利要求1所述的变拓扑辐条步行双足机器人，其特征在于：所述左右轮足组件中的单个主体包括依次叠置的三组轮辐单元，相邻的轮辐单元之间互不干扰，各自独立运动。
3.根据权利要求2所述的变拓扑辐条步行双足机器人，其特征在于：每组轮辐单元都包括一所述轮辐、一张力链、两被动链轮、一主动链轮和链轮驱动器；其中，所述链轮驱动器用于驱动主动链轮来回转动，所述张力链的两端分别与轮辐的两端相固定；所述主动链轮和两被动链轮均位于轮辐的同一侧，所述主动链轮的轴心与两被动链轮的轴心组成三角形，且两被动链轮的轴心与轮辐的距离相等，所述主动链轮的轴心与轮辐的距离大于两被动链轮的轴心与轮辐的距离；所述张力链缠绕在轮辐、主动链轮和两被动链轮之间，用于在主动链轮和两被动链轮带动下来回移动轮辐。
4.根据权利要求3所述的变拓扑辐条步行双足机器人，其特征在于：所述主动链轮的轴心与两被动链轮的轴心组成等腰钝角三角形。
5.根据权利要求3所述的变拓扑辐条步行双足机器人，其特征在于：所述张力链从轮辐与被动链轮之间穿过，缠绕主动链轮远离轮辐的一侧，并从轮辐与被动链轮之间穿过。
6.根据权利要求3所述的变拓扑辐条步行双足机器人，其特征在于：在所述轮辐的两侧各设置有一组滑轮，用于形成轮辐来回移动的滑槽，所述滑轮均位于两被动链轮的外侧。
7.根据权利要求1所述的变拓扑辐条步行双足机器人，其特征在于：所述轮辐采用柔性碳纤维制作。
8.根据权利要求1所述的变拓扑辐条步行双足机器人，其特征在于：所述髋关节组件由平衡板、髋关节电机和球形关节组成；所述平衡板上设置有电机安置位，所述球形关节用于将左右大腿组件连接在平衡板上。
9.根据权利要求8所述的变拓扑辐条步行双足机器人，其特征在于：所述左右大腿组件包括左右传动组件和左右股骨组成；所述左右传动组件中设置有相互啮合的转向齿轮，用于在髋关节电机的驱动下带动左右股骨实现前后跨步和转向。
10.根据权利要求9所述的变拓扑辐条步行双足机器人，其特征在于：所述左右大腿组件还包括左右大腿电机；所述左右小腿组件由丝杠导轨、滑块、同步带和左右胫骨组成，用于在左右大腿电机的驱动下，通过同步带带动滑块沿丝杠导轨上下移动，以实现左右胫骨相对左右股骨的上下移动。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710849505.9A CN107651035A (zh) | 2017-09-20 | 2017-09-20 | 一种变拓扑辐条步行双足机器人 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710849505.9A CN107651035A (zh) | 2017-09-20 | 2017-09-20 | 一种变拓扑辐条步行双足机器人 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107651035A true CN107651035A (zh) | 2018-02-02 |
Family
ID=61129759
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710849505.9A Pending CN107651035A (zh) | 2017-09-20 | 2017-09-20 | 一种变拓扑辐条步行双足机器人 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107651035A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108721061A (zh) * | 2018-03-26 | 2018-11-02 | 大连交通大学 | 一种新型辅助机械肢体装置 |
| CN109878592A (zh) * | 2019-04-15 | 2019-06-14 | 北京建筑大学 | 一种轮腿复合行走装置 |
| CN113090863A (zh) * | 2021-04-02 | 2021-07-09 | 郑州铁路职业技术学院 | 一种管道爬行检测机器人 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110264230A1 (en) * | 2005-03-31 | 2011-10-27 | Massachusetts Institute Of Technology | Artificial Human Limbs and Joints Employing Actuators, Springs, and Variable-Damper Elements |
| CN104228993A (zh) * | 2014-10-17 | 2014-12-24 | 浙江大学 | 一种快速行走的双足机器人 |
| CN104999451A (zh) * | 2015-07-04 | 2015-10-28 | 冯圣冰 | 一种变半径行走的机器人 |
| CN105691482A (zh) * | 2015-12-31 | 2016-06-22 | 重庆楠婧琳科技开发有限公司 | 机器人 |
| CN106741273A (zh) * | 2017-02-08 | 2017-05-31 | 艾金山 | 自动上下楼梯装置 |
-
2017
- 2017-09-20 CN CN201710849505.9A patent/CN107651035A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110264230A1 (en) * | 2005-03-31 | 2011-10-27 | Massachusetts Institute Of Technology | Artificial Human Limbs and Joints Employing Actuators, Springs, and Variable-Damper Elements |
| CN104228993A (zh) * | 2014-10-17 | 2014-12-24 | 浙江大学 | 一种快速行走的双足机器人 |
| CN104999451A (zh) * | 2015-07-04 | 2015-10-28 | 冯圣冰 | 一种变半径行走的机器人 |
| CN105691482A (zh) * | 2015-12-31 | 2016-06-22 | 重庆楠婧琳科技开发有限公司 | 机器人 |
| CN106741273A (zh) * | 2017-02-08 | 2017-05-31 | 艾金山 | 自动上下楼梯装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 杨华等: "《机器人》", 31 January 2014, 现代出版社 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108721061A (zh) * | 2018-03-26 | 2018-11-02 | 大连交通大学 | 一种新型辅助机械肢体装置 |
| CN109878592A (zh) * | 2019-04-15 | 2019-06-14 | 北京建筑大学 | 一种轮腿复合行走装置 |
| CN109878592B (zh) * | 2019-04-15 | 2020-12-15 | 北京建筑大学 | 一种轮腿复合行走装置 |
| CN113090863A (zh) * | 2021-04-02 | 2021-07-09 | 郑州铁路职业技术学院 | 一种管道爬行检测机器人 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107651035A (zh) | 一种变拓扑辐条步行双足机器人 | |
| CN105383586B (zh) | 轮履腿复合式移动机器人 | |
| TWI523670B (zh) | 可變換步態移動之運動裝置 | |
| DE60021938T2 (de) | Übungsgerät für flexibel koordinierte elliptische Bewegungen | |
| CN102107688B (zh) | 一种可调关节长度的双腿行走机构 | |
| US5127484A (en) | Orthogonal legged walking robot | |
| CN105456002B (zh) | 一种能够实现正常步态型的康复训练机器人 | |
| CN106347519A (zh) | 一种自适应沙地仿生机械足 | |
| CN105128961B (zh) | 变形履轮复合悬架及具有其的移动平台 | |
| CN110192964B (zh) | 一种踏板式步态康复机器人足部运动装置 | |
| CN106809294B (zh) | 凸轮连杆组合机构驱动的步行机器人 | |
| CN101062446A (zh) | 可节省占用空间的椭圆机 | |
| CN107618582A (zh) | 干粘附与钩爪的足/轮/履带混合式四驱车及其运动方法 | |
| CN103707990B (zh) | 一种椭圆轨迹双驱动跑步自行车 | |
| CN101134132A (zh) | 腿部往复运动器材 | |
| CN101693145B (zh) | 一种模仿四脚动物行走的装置 | |
| CN209757305U (zh) | 履带式爬楼梯机器人 | |
| JP4554140B2 (ja) | 多脚歩行ロボット | |
| CN205515452U (zh) | 一种站立式下肢运动康复装置 | |
| CN101475032B (zh) | 扶杖行走机器人 | |
| KR100499232B1 (ko) | 일립티컬 | |
| CN110812786A (zh) | 一种梯平双工vr全能运动与万向跑步机 | |
| CN209916566U (zh) | 基于绳驱动的“4+2”式下肢康复机器人 | |
| CN115352549B (zh) | 基于变胞机构的多功能六足仿生机器人 | |
| CN2652765Y (zh) | 可变形履带行走机械 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180202 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |