CN110077485B - 四舵机双足机器人及四舵机双足机器人姿态模拟的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了四舵机双足机器人及四舵机双足机器人姿态模拟的方法，包括主机外壳和安装于主机外壳下端的两个脚，脚均由腿部和足部组成，腿部和足部中均设有一舵机舱，左侧的腿部和足部的舵机舱中分别安装第一、第二舵机，右侧的腿部和足部的舵机舱中分别安装第三、第四舵机，第一舵机设置于第二舵机上端，第三舵机设置于第四舵机上端。本发明结构简单，此项专利在进行机器人设计之前，就可以用以进行动作的虚拟计算模拟，从而不用等到真正的模具制作出来以后再进行验证，缩短了时间，降低了成本，增加了稳定性，能避免了各部件的卡住及机器人的摔倒。

Description

四舵机双足机器人及四舵机双足机器人姿态模拟的方法
技术领域
本发明涉及机器人领域，具体涉及一种四舵机双足机器人及四舵机双足机器人姿态模拟的方法。
背景技术
四舵机双足机器人是一种低成本行走机器人。通过四个舵机，分别在双腿和双脚位置，通过控制每个舵机在0-180°的指向角度来获得特定的姿态。从而让机器人能够行走，站立，转向。
四舵机双足机器人在设计中，每个部分的长度，机器人的重心，等参数最后会影响机器人的步态，容易导致四舵机双足机器人部件的卡住，且会因重心不稳导致倒地，在偏移太大的情况下，不能及时调整，使得机器人的摔倒。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种四舵机双足机器人及四舵机双足机器人姿态模拟的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明是通过以下技术方案来实现的：一种四舵机双足机器人，包括主机外壳和安装于主机外壳下端的两个脚，脚均由腿部和足部组成，腿部和足部中均设有一舵机舱，左侧的腿部和足部的舵机舱中分别安装第一、第二舵机，右侧的腿部和足部的舵机舱中分别安装第三、第四舵机，第一舵机设置于第二舵机上端，第三舵机设置于第四舵机上端，第一、第二、第三和第四舵机呈长方形结构分布，每个腿都是a*b大小的正方形，腿的转动角度以及舵机重量必须满足各个公式才能设计出能够正常工作的四舵机双足机器人。
一种基于四舵机双足机器人姿态模拟的方法，在行走的时候，第一、第二舵机在进行相位相同的周期性运动,运动到最左侧或者最右侧的情况下，假设摆动角度位x，那么此角度应该满足公式：Cos(x)>2e/f，由此得出，足部最大运动角度α满足0<α< arccos(2e/f)公式1。
作为优选的技术方案，运动过程中，假设第一、第二舵机当前角度为x，第三、第四舵机当前的运动角度为y；
S1：腿部舵机运动角度为x的情况下，重心点距离第一舵机的距离g= (f/2 )*cos(x)；
S2：那么重心点偏离中心位置的公式可以按如下方式计算：offset= g*cos(y)-(a+b)*sin(y) 公式2；
那么offset必须满足条件offset< e才能保证机器人能够中心落在一只脚上，从而实现双足交替前进；
Offset同时必须满足offset>-d，否则重心偏移到脚部以外,导致机器人侧翻；
其中，d是足部舵机在足部方向，距离足部外侧的距离；
e是足部舵机在足部方向，距离足部内侧的距离；
f是两个足部舵机的重心在足部方向上的距离。
作为优选的技术方案，在运动过程中，脚部舵机承受的最高的扭矩可以通过如下公式计算出来：max=abs(offset)*sin(y)*m公式3。
作为优选的技术方案，脚的转动角度x、y 以及舵机重量m必须满足上述各个公式才能设计出能够正常工作的四舵机双足机器人。
本发明的有益效果是：本发明结构简单，此项专利在进行机器人设计之前，就可以用以进行动作的虚拟计算模拟，从而不用等到真正的模具制作出来以后再进行验证，缩短了时间，降低了成本，增加了稳定性，能避免了各部件的卡住及机器人的摔倒。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的正面线框图；
图2为本发明的腿部舵机角度变量图；
图3为本发明足部舵机角度变量图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、 “上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1、图2和图3所示，本发明的一种四舵机双足机器人，包括主机外壳5和安装于主机外壳5下端的两个脚，脚均由腿部和足部组成，腿部和足部中均设有一舵机舱，左侧的腿部和足部的舵机舱中分别安装第一、第二舵机1、2，右侧的腿部和足部的舵机舱中分别安装第三、第四舵机3、4，第一舵机1设置于第二舵机2上端，第三舵机3设置于第四舵机4上端，第一、第二、第三和第四舵机1、2、3、4呈长方形结构分布，每个腿都是a*b大小的正方形，腿的转动角度以及舵机重量必须满足各个公式才能设计出能够正常工作的四舵机双足机器人。
一种基于四舵机双足机器人姿态模拟的方法，在行走的时候，第一、第二舵机1、2在进行相位相同的周期性运动,运动到最左侧或者最右侧的情况下，假设摆动角度位x，那么此角度应该满足公式：Cos(x)>2e/f，由此得出，足部最大运动角度α满足0<α< arccos(2e/f)公式1，其中e和f表示的变量为图一中所示。
本实施例中，运动过程中，假设第一、第二舵机1、2当前角度为x，第三、第四舵机3、4当前的运动角度为y；
S1：如图3所示，腿部舵机运动角度为x的情况下，重心点距离第一舵机的距离g=(f/2 )*cos(x)；
S2：那么重心点偏离中心位置的公式可以按如下方式计算：offset= g*cos(y)-(a+b)*sin(y) 公式2；
那么offset必须满足条件offset< e才能保证机器人能够中心落在一只脚上，从而实现双足交替前进；
Offset同时必须满足offset>-d，否则重心偏移到脚部以外,导致机器人侧翻。
本实施例中，在运动过程中，脚部舵机承受的最高的扭矩可以通过如下公式计算出来：max=abs(offset)*sin(y)*m公式3。
本实施例中，脚的转动角度x、y 以及舵机重量m必须满足上述各个公式才能设计出能够正常工作的四舵机双足机器人。
本发明的有益效果是：本发明结构简单，此项专利在进行机器人设计之前，就可以用以进行动作的虚拟计算模拟，从而不用等到真正的模具制作出来以后再进行验证，缩短了时间，降低了成本，增加了稳定性，能避免了各部件的卡住及机器人的摔倒。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种四舵机双足机器人，其特征在于：包括主机外壳和安装于主机外壳下端的两个脚，脚均由腿部和足部组成，腿部和足部中均设有一舵机舱，左侧的腿部和足部的舵机舱中分别安装第一、第二舵机，右侧的腿部和足部的舵机舱中分别安装第三、第四舵机，第一舵机设置于第二舵机上端，第三舵机设置于第四舵机上端，第一、第二、第三和第四舵机呈长方形结构分布，每个腿都是a*b大小的矩形；四舵机双足机器人姿态模拟的方法如下：在行走的时候，第一、第二舵机在进行相位相同的周期性运动,运动到最左侧或者最右侧的情况下，假设摆动角度为x，那么此角度应该满足公式：Cos(x)>2e/f，由此得出，足部最大运动角度α满足公式1：0<α< arccos(2e/f)；运动过程中，假设第一、第二舵机摆动角度为x，第三、第四舵机当前的摆动角度为y；S1：腿部舵机摆动角度为x的情况下，机器人重心距离第一舵机的距离g= (f/2 )*cos(x)；S2：那么重心点偏离中心位置offset的公式2可以按如下方式计算：offset= g*cos(y)-(a+b)*sin(y)；那么offset必须满足条件offset< e才能保证机器人行走时能够重心落在一只脚上，从而实现双足交替前进；Offset同时必须满足offset>-d，否则重心偏移到脚部以外,导致机器人侧翻；其中，d是足部舵机中心线在足部水平方向，距离足部外侧的距离；e是足部舵机中心线在足部水平方向，距离足部内侧的距离；f是两个足部舵机中心线在足部水平方向上的间距。
2.根据权利要求1所述的四舵机双足机器人的姿态模拟的方法，其特征在于：在运动过程中，脚部舵机承受的最高的扭矩可以通过如下公式3计算出来：max=abs(offset)*sin(y)*m。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于：脚的转动角度 以及舵机重量m必须满足上述各个公式才能设计出能够正常工作的四舵机双足机器人。
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