CN110126937B - 仿生四足机器人及步态控制方法 - Google Patents
仿生四足机器人及步态控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110126937B CN110126937B CN201910422073.2A CN201910422073A CN110126937B CN 110126937 B CN110126937 B CN 110126937B CN 201910422073 A CN201910422073 A CN 201910422073A CN 110126937 B CN110126937 B CN 110126937B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- rod
- trunk
- stepping motor
- rotating shaft
- horizontal rotating
- 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.)
- Active
Links
- 230000005021 gait Effects 0.000 title claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 239000011664 nicotinic acid Substances 0.000 title claims abstract description 10
- 230000005570 vertical transmission Effects 0.000 claims description 11
- 210000002414 leg Anatomy 0.000 abstract description 40
- 210000000689 upper leg Anatomy 0.000 abstract description 4
- 206010034701 Peroneal nerve palsy Diseases 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 206010063385 Intellectualisation Diseases 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 description 1
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
- B62D57/032—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 with alternately or sequentially lifted supporting base and legs; with alternately or sequentially lifted feet or skid
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Transportation (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manipulator (AREA)
- Toys (AREA)
Abstract
仿生四足机器人,包括躯干和腿;四条腿两两对称安装在躯干的前端两侧和后端两侧;腿包括壳体、平行四边形机构、步进电机A、深沟球轴承、电机座、水平转轴A、步进电机B及摆动驱动机构;摆动驱动机构设在躯干与水平转轴A之间,其用于驱动水平转轴A转动。一种步态控制方法,应用于仿生四足机器人,包括慢步步态和慢跑步态。本发明腿部运动方式灵活多样,无运动约束,可实现全方向运动。步进电机A可驱动平行四边形机构变形,以模拟小腿摆动,步进电机B可驱动平行四边形机构整体平行于行进方向摆动,以模拟大腿前后摆动,步进电机C可驱动平行四边形机构整体垂直于行进方向摆动,以模拟大腿左右摆动。
Description
技术领域
本发明涉及四足机器人技术领域,特别是一种仿生四足机器人及步态控制方法。
背景技术
长久以来,轮子的广泛应用为人类提供了大量便利。然而在不断使用和改进过程中,人们逐渐认识到轮子的局限性。陆地表面有各种崎岖地形,包括山地、丘陵、峭壁等,传统的轮式与履带式车辆难以在这些地形行走,然而许多陆生动物能够在这些崎岖地形灵活奔跑跳跃,这给我们以下启示:腿足移动方式在崎岖地形具有极大优势。
足式机器人是集机械、电子、计算机、传感器、控制技术等多门学科为一体的综合技术,反应了一个国家的智能化和自动化的研究水平,同时也是一个国家高科技技术的综合表现。足式机器人有优于轮式、履带式和蠕动式机器人的出色表现,拥有多种步态,而且具有一定的越障功能,这大大拓展了其应用范围,特别适用于在复杂地形条件下进行探险、勘察,在多个领域都能得到广泛的应用。
目前,足式机器人的结构设计难点就在于其腿部结构设计,腿部的结构是决定其是否能灵活运动、是否能适应复杂地形环境的关键。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足,而提供一种仿生四足机器人及步态控制方法,它基于精巧的腿部结构设计,可实现全方位移动,具有优秀的灵活性和越障性能。
本发明的技术方案是:仿生四足机器人,包括躯干和腿;四条腿两两对称安装在躯干的前端两侧和后端两侧;腿包括壳体、平行四边形机构、步进电机A、深沟球轴承、电机座、水平转轴A、步进电机B及摆动驱动机构;
壳体上部设有用于安装深沟球轴承的上安装腔,壳体下部设有用于安装步进电机A的下安装腔;
平行四边形机构包括杆A、杆B、杆C和杆D,杆A平行于杆B,杆C平行于杆D,杆A前端与杆C上端铰接,杆A后端与杆D上端铰接,杆C下端与杆B前端铰接,杆D下端与杆B中部铰接,而形成一个可变形的平行四边形框架;
步进电机A固定安装在壳体下部的下安装腔内,其机轴与杆A关联,以驱动杆A绕杆A与杆D的铰接点转动,进而驱动平行四边形机构变形;
深沟球轴承安装在壳体上部的上安装腔内,其外圈与壳体固接,其内圈与电机座固接;
电机座固接在水平转轴A上;
水平转轴A两端活动安装在躯干上;
步进电机B固定安装在电机座上,其机轴与壳体固接;
摆动驱动机构设在躯干与水平转轴A之间,其用于驱动水平转轴A转动。
本发明进一步的技术方案是:摆动驱动机构包括连接块A、丝杠、步进电机C、螺母、连接块B、水平转轴B及竖向传递轴;连接块A上设有贯通孔A和安装槽;丝杠水平布置并垂直于水平转轴A;步进电机C固定安装在躯干上,其机轴与丝杠连接,以驱动丝杠转动;螺母固定安装在连接块A的贯通孔A中,并与丝杠螺纹连接;连接块B通过水平转轴B活动安装在连接块A的安装槽内,其上设有供竖向传递轴穿过的贯通孔B;竖向传递轴下端固接在电机座上,上端穿过连接块B的贯通孔B,其与连接块B之间相对滑动配合。
本发明再进一步的技术方案是:其还包括安装在躯干上的摄像头。
本发明的技术方案是:一种步态控制方法,应用于上述的仿生四足机器人,包括慢步步态和慢跑步态;
慢步步态控制方法:1、先控制躯干前端左侧腿向前迈出一步;2、再控制躯干后端右侧腿向前迈出一步;3、接着控制躯干前端右侧腿向前迈出一步,前端右侧腿迈步的同时,带动躯干向前移动一个步距;4、最后控制躯干后端左侧腿向前迈出一步,即完成慢步步态控制的一个循环;
慢跑步态控制方法:1、先控制躯干前端右侧腿和躯干后端左侧腿同时向前迈出一步;2、再控制躯干前端左侧腿和躯干后端右侧腿同时向前迈出一步,前端左侧腿和后端右侧腿迈步的同时,带动躯干向前移动一个步距,即完成慢跑步态控制的一个循环。
本发明与现有技术相比具有如下优点:
1、每条腿的落脚点不限于行进方向直线上的点,可以是一片区域内的任意一点,即落足点是离散的,可基于摄像头显示的实时路况人工控制腿的动作,选择一个较优的落足点,以跨越或避开障碍,提高了对崎岖地形的适应能力。
2、腿部运动方式灵活多样,无运动约束,可实现全方向运动。步进电机A可驱动平行四边形机构变形,以模拟小腿摆动,步进电机B可驱动平行四边形机构整体平行于行进方向摆动(即前后方向),以模拟大腿前后摆动,步进电机C可驱动平行四边形机构整体垂直于行进方向摆动(即左右方向),以模拟大腿左右摆动。
3、足端运动与躯干质心运动解耦,可实现主动隔振,进而实现在起伏不平的地形运动时躯干保持平稳。
4、相比轮式运动,腿足式运动在不平坦或松散地面上仍能实现较高的移动速度,相比平地上运动能耗不会显著增加。
以下结合图和实施例对本发明作进一步描述。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为摆动驱动机构中的部分零部件连接关系示意图。
具体实施方式
实施例1:
如图1-2所示,仿生四足机器人,包括躯干1和腿2。四条腿2两两对称安装在躯干1的前端两侧和后端两侧。
腿2包括壳体21、平行四边形机构、步进电机A23、深沟球轴承、电机座24、水平转轴A25、步进电机B26及摆动驱动机构。
壳体21上部设有用于安装深沟球轴承的上安装腔(图中未示出),壳体21下部设有用于安装步进电机A23的下安装腔(图中未示出)。
平行四边形机构包括杆A221、杆B222、杆C223和杆D224,杆A221平行于杆B222,杆C223平行于杆D224,杆A221前端与杆C223上端铰接,杆A221后端与杆D224上端铰接,杆C223下端与杆B222前端铰接,杆D224下端与杆B222中部铰接,而形成一个可变形的平行四边形框架。
步进电机A23固定安装在壳体21下部的下安装腔内,其机轴与杆A221关联,以驱动杆A221绕杆A221与杆D224的铰接点转动,进而驱动平行四边形机构变形。
深沟球轴承(图中未示出)安装在壳体21上部的上安装腔内,其外圈与壳体21固接,其内圈与电机座24固接。
电机座24固接在水平转轴A25上。
水平转轴A25两端活动安装在躯干1上。
步进电机B26固定安装在电机座24上,其机轴与壳体21固接。
摆动驱动机构设在躯干1与水平转轴A25之间,其用于驱动水平转轴A25转动。摆动驱动机构包括连接块A271、丝杠272、步进电机C273、螺母274、连接块B275、水平转轴B276及竖向传递轴277。连接块A271上设有贯通孔A和安装槽2711。丝杠272水平布置并垂直于水平转轴A25。步进电机C273固定安装在躯干1上,其机轴与丝杠272连接,以驱动丝杠272转动。螺母274固定安装在连接块A271的贯通孔A中,并与丝杠272螺纹连接。连接块B275通过水平转轴B276活动安装在连接块A271的安装槽2711内,其上设有供竖向传递轴277穿过的贯通孔B。竖向传递轴277下端固接在电机座24上,上端穿过连接块B275的贯通孔B,其与连接块B275之间相对滑动配合。
优选,躯干1上安装有摄像头(图中未示出),基于摄像头提供的图像可实现远程操控。
简述本发明的工作流程:
本发明可实现慢步步态和慢跑步态,慢步步态适用于崎岖、稳定性较差的地形,慢跑步态适用于平坦、稳定性较好的地形。
慢步步态控制方法:1、先控制躯干前端左侧腿向前迈出一步;2、再控制躯干后端右侧腿向前迈出一步;3、接着控制躯干前端右侧腿向前迈出一步,前端右侧腿迈步的同时,带动躯干向前移动一个步距;4、最后控制躯干后端左侧腿向前迈出一步,即完成慢步步态控制的一个循环。
慢跑步态控制方法:1、先控制躯干前端右侧腿和躯干后端左侧腿同时向前迈出一步;2、再控制躯干前端左侧腿和躯干后端右侧腿同时向前迈出一步,前端左侧腿和后端右侧腿迈步的同时,带动躯干向前移动一个步距,即完成慢跑步态控制的一个循环。
上述2种步态下的转弯仅需控制躯干两侧腿迈出的步距不一致即可实现,即差速转向。
Claims (1)
1.一种仿生四足机器人的步态控制方法,其特征是:
包括躯干和腿;
四条腿两两对称安装在躯干的前端两侧和后端两侧;
腿包括壳体、平行四边形机构、步进电机A、深沟球轴承、电机座、水平转轴A、步进电机B及摆动驱动机构;壳体上部设有用于安装深沟球轴承的上安装腔,壳体下部设有用于安装步进电机A的下安装腔;
平行四边形机构包括杆A、杆B、杆C和杆D,杆A平行于杆B,杆C平行于杆D,杆A前端与杆C上端铰接,杆A后端与杆D上端铰接,杆C下端与杆B前端铰接,杆D下端与杆B中部铰接,而形成一个可变形的平行四边形框架;
步进电机A固定安装在壳体下部的下安装腔内,其机轴与杆A关联,以驱动杆A绕杆A与杆D的铰接点转动,进而驱动平行四边形机构变形;
深沟球轴承安装在壳体上部的上安装腔内,其外圈与壳体固接,其内圈与电机座固接;
电机座固接在水平转轴A上;
水平转轴A两端活动安装在躯干上;步进电机B固定安装在电机座上,其机轴与壳体固接;
摆动驱动机构设在躯干与水平转轴A之间,其用于驱动水平转轴A转动;
摆动驱动机构包括连接块A、丝杠、步进电机C、螺母、连接块B、水平转轴B及竖向传递轴;
连接块A上设有贯通孔A和安装槽;丝杠水平布置并垂直于水平转轴A;
步进电机C固定安装在躯干上,其机轴与丝杠连接,以驱动丝杠转动;
螺母固定安装在连接块A的贯通孔A中,并与丝杠螺纹连接;
连接块B通过水平转轴B活动安装在连接块A的安装槽内,其上设有供竖向传递轴穿过的贯通孔B;
竖向传递轴下端固接在电机座上,上端穿过连接块B的贯通孔B,其与连接块B之间相对滑动配合;
其还包括安装在躯干上的摄像头;
包括慢步步态和慢跑步态;慢步步态控制方法:1、先控制躯干前端左侧腿向前迈出一步;2、再控制躯干后端右侧腿向前迈出一步;3、接着控制躯干前端右侧腿向前迈出一步,前端右侧腿迈步的同时,带动躯干向前移动一个步距;4、最后控制躯干后端左侧腿向前迈出一步,即完成慢步步态控制的一个循环;慢跑步态控制方法:1、先控制躯干前端右侧腿和躯干后端左侧腿同时向前迈出一步;2、再控制躯干前端左侧腿和躯干后端右侧腿同时向前迈出一步,前端左侧腿和后端右侧腿迈步的同时,带动躯干向前移动一个步距,即完成慢跑步态控制的一个循环。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910422073.2A CN110126937B (zh) | 2019-05-21 | 2019-05-21 | 仿生四足机器人及步态控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910422073.2A CN110126937B (zh) | 2019-05-21 | 2019-05-21 | 仿生四足机器人及步态控制方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110126937A CN110126937A (zh) | 2019-08-16 |
CN110126937B true CN110126937B (zh) | 2023-12-12 |
Family
ID=67571653
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201910422073.2A Active CN110126937B (zh) | 2019-05-21 | 2019-05-21 | 仿生四足机器人及步态控制方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN110126937B (zh) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112849298B (zh) * | 2021-04-07 | 2022-01-28 | 常州大学 | 一种躯体滑动模式的迈步四足机器人 |
CN114475831B (zh) * | 2022-01-24 | 2023-03-31 | 北京理工大学 | 一种足履式多模态仿生机器人 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001239478A (ja) * | 2000-02-28 | 2001-09-04 | Sony Corp | 脚式移動ロボット及び脚式移動ロボットのための可動脚ユニット連結構造 |
CN101758867A (zh) * | 2010-02-03 | 2010-06-30 | 常爱军 | 一种采用复合驱动方式的四足步行机器人 |
CN104149871A (zh) * | 2014-07-17 | 2014-11-19 | 华中科技大学 | 一种具有储能效应的仿生四足机器人 |
CN204264314U (zh) * | 2014-12-18 | 2015-04-15 | 哈尔滨工大天才智能科技有限公司 | 一种仿生机器狗 |
CN106741281A (zh) * | 2016-12-13 | 2017-05-31 | 齐鲁工业大学 | 一种含有直线关节的四足机器人行走机构 |
CN107161234A (zh) * | 2017-05-12 | 2017-09-15 | 重庆大学 | 可变步态机器人 |
CN209921457U (zh) * | 2019-05-21 | 2020-01-10 | 南华大学 | 仿生四足机器人 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006103775A1 (ja) * | 2005-03-30 | 2006-10-05 | Tmsuk Co., Ltd. | 4足歩行ロボット |
-
2019
- 2019-05-21 CN CN201910422073.2A patent/CN110126937B/zh active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001239478A (ja) * | 2000-02-28 | 2001-09-04 | Sony Corp | 脚式移動ロボット及び脚式移動ロボットのための可動脚ユニット連結構造 |
CN101758867A (zh) * | 2010-02-03 | 2010-06-30 | 常爱军 | 一种采用复合驱动方式的四足步行机器人 |
CN104149871A (zh) * | 2014-07-17 | 2014-11-19 | 华中科技大学 | 一种具有储能效应的仿生四足机器人 |
CN204264314U (zh) * | 2014-12-18 | 2015-04-15 | 哈尔滨工大天才智能科技有限公司 | 一种仿生机器狗 |
CN106741281A (zh) * | 2016-12-13 | 2017-05-31 | 齐鲁工业大学 | 一种含有直线关节的四足机器人行走机构 |
CN107161234A (zh) * | 2017-05-12 | 2017-09-15 | 重庆大学 | 可变步态机器人 |
CN209921457U (zh) * | 2019-05-21 | 2020-01-10 | 南华大学 | 仿生四足机器人 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
JIA W;LI L;PU H;WANG X.DESIGN AND ANALYSIS OF A BIONIC ADHESIVE FOOT FOR GECKO ROBOT CLIMBING THE CEILING.INTERNATIONAL JOURNAL OF ROBOTICS & AUTOMATION.2018,33(4),全文. * |
李斌,何斌,苏永青.湿吸型仿生六足机器人设计.华中科技大学学报(自然科学版).2008,(S1),全文. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110126937A (zh) | 2019-08-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110126937B (zh) | 仿生四足机器人及步态控制方法 | |
CN102837752B (zh) | 一种具有自断肢功能的六足越障机器人及其控制系统 | |
CN105151153A (zh) | 一种轮腿复合式六足机器人移动平台 | |
CN111469946B (zh) | 一种具备爬行及滚动功能的仿生移动机器人 | |
CN110077486B (zh) | 一种仿生八足特种机器人 | |
CN108773426A (zh) | 单一动力源带有弹性腿的仿生四足机器人 | |
CN110466643B (zh) | 一种企鹅仿生机器人及行走方法 | |
CN108639181B (zh) | 一种多自由度四足仿生机器人 | |
CN104828164A (zh) | 一种四段式轮履结合智能越障机器人 | |
CN209921457U (zh) | 仿生四足机器人 | |
CN108516024A (zh) | 一种仿虫特种机器人及其控制方法 | |
CN108860340A (zh) | 轮履复合式全向移动机器人 | |
CN211001610U (zh) | 一种双足机器人移动底盘 | |
CN111824286A (zh) | 一种变足式移动机器人 | |
CN111605641A (zh) | 一种小型六足仿生机器人 | |
CN111002307A (zh) | 一种带有视觉导航的腿足式仿生机器狗及其控制方法 | |
CN213649748U (zh) | 机械腿和仿生蜘蛛机器人 | |
CN113371090B (zh) | 一种四足轮式可变形全方位移动机器人及其控制方法 | |
CN114872812A (zh) | 一种用于田间作物检测的行走装置 | |
CN207773294U (zh) | 两轮式自平衡可变形机器人 | |
CN208198629U (zh) | 仿生六足式机器人行走机构 | |
CN113682390A (zh) | 一种轮驱动型多自由度正交关节链式机器人 | |
CN110641573B (zh) | 一种闭链单自由度五杆腿机构 | |
CN211032808U (zh) | 一种多自由度双足机器人平台装置 | |
CN109367641B (zh) | 一种八足爬行机器人 |
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 | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |