CN2246054Y

CN2246054Y - 气动步行机器人

Info

Publication number: CN2246054Y
Application number: CN 95205654
Authority: CN
Inventors: 金名豪; 张小林; 曹秋丽
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-03-16
Filing date: 1995-03-16
Publication date: 1997-01-29
Anticipated expiration: 2005-03-16

Abstract

本实用新型涉及气动步行机器人。目的是用压缩机空气作动力，使机器人能够独立自动的步行。主要结构是由障碍探测、控制机能和运动机能装置组成，其中身体骨架39装配发电机和汽油动力空压机、储气瓶、调压器及电磁阀控制各气缸动作筒协调动作，使上、下肢按预定程序动作。优点是经研制，机器人身高为1.86米，体重为145公斤，行走时速为2.5～13公里/时，步幅60～85厘米/步，适应环境强，适用于野外和旅游区作拉力，用车载人载物。

Description

气动步行机器人

本实用新型涉及用压缩空气作动力的气动步行机器人。

在背景技术中，各类型机器人应用于不同的工作场所，一般为了提高工作效率而设置，其组成包括执行机构、驱动机构、控制机构和人工智能机构，目前人工智能机构的机器人还处于研究实验阶段，而大多数机器人由执行、驱动和控制系统组成，主要由电动、液压动力、气动几种结构，主要用于科学研究和工业中，至于用于生活中、旅游业中、野外作业中独立的步行机器人更是少见。

本实用新型的目的是为了提高机器人的综合工作性能，长时间的参与各种领域内，尤其在游乐场所和野外拉力作业服务，而研制一种独立的气动步行机器人。

本实用新型技术解决方案如下：

主要由障碍探测装置、控制机能装置和运动机能装置组成，在运动机能装置中包括有身体骨架39和可动的头部1、上肢、下肢，其特点是，在运动机能装置中，身体骨架39装配发电机(7)和汽油动力空压机6，汽油动力空压机6经储气瓶2、调压器24和气动电磁阀5控制机器人中各气缸动作筒协调动作，身体骨架39用轴45装配腰板42和摇臂43，身体骨架39和腰板42之间连接有液压弹簧减震器4，在障碍探测装置和控制机能装置中，头部1面部及小腿和脚均装配红外传感器34和光电传感器35，由人工手动操纵器36与红外光电传感器34和35经电平转换33连接微处理芯片28信息输入端，微处理芯片28程序存储输入端连接固存器30和随机存储器31中，微处理芯片28输出经功率驱动38连接并控制各气动电磁阀5有序工作。

本实用新型技术解决方案还包括：

在气动机能装置中，身体骨架39用微电机和传动机构装配可左右上下摆动的头部1，在可活动的上肢中，身体骨架39用轴承关节16及肩都张臂、抬臂动作筒12和13装配可摆动的上肢，大臂与小臂之间用轴承关节16和手臂部动作筒14连接，小臂与手之间用轴承关节16、腕部动作筒40和销轴41连接，在可活动的下肢中，大腿用轴承关节16、摇臂43和跨步水平动作筒18装配在轴45端部，胯部垂直动作筒15两端与腰板42和大腿相连，大腿上部与腰板42之间用跨步水平动作筒8相连，大小腿之间用轴承关节16、膝部垂直动作筒9、膝关节防扭摇臂19装配，小腿与脚之间用轴承关节16、踝部垂直水平动作筒10和11装配。

在控制机能装置中，气动电磁阀5输出经单向节流阀27连接各气缸动作筒两端。

本实用新型的附图说明如下：

图1是机器人步行状态示意图。

图2是微机控制逻辑原理框图。

图3是气压装置工作原理示意图。

图4是机器人拉动双轮车前进状态示意图。

上述图中标号说明如下：

1-头部，2-储气瓶，3-蓄电瓶，4-液压弹簧减震器，5-气动电磁阀，6-汽油动力空压机，7-发电机，8-胯部水平动作筒，9-膝部垂直动作筒，10-踝部垂直动作筒，11-踝部水平动作筒，12-肩部张臂动作筒，13-肩部抬臂动作筒，14-手臂部动作筒，15-胯部垂直动作筒，16-轴承关节，17-腹部照明灯具，18-跨步水平动作筒，19-膝关节防扭摇臂，20-踝部防碰撞垫，21-脚部照明灯具，22-手动截止阀，23-分水过滤器，24-调压器，25-油雾器，26-压力继电器，27-单向节流阀，28-微处理芯片，29-数据总线，30-固存器，31-随机存储器，32-并行输入口，33-电平转换，34-红外传感器，35-光电传感器，36-手动操纵器，37-并行输出口，38-功率驱动器，39-身体骨架，40-腕部动作筒，41-销轴，42-腰板，43-摇臂，44-车，45-轴。

下面依附图作进一步的详述：参见图1，身体骨架39上部通过一对微型电机和二个自由度的传动机构装配头部1，该传动机构可相似于汽车中的传动万向节，头部按人样选型，通过红外、光电传感器34和35探测的信息，输入给微处理芯片28，其输出指令经功率驱动38、微型电机控制头部左右上下转动。身体骨架39上装配一对储气瓶2、蓄电瓶3、气动电磁阀5、汽油动力空压机6和发电机7，发电机7给各个需电部件供电。身体骨架39下部通过轴45装配活动腰板42、摇臂43和跨步水平动作筒18，其中摇臂43由前后两部分组成，可转动的部分摇臂装在轴45上，可水平摆动的前部分摇臂用销轴41装配在后部分上，摇臂43前端和跨步水平动作筒18前端与大腿中部的轴承关节16。相连，大腿上端和腰板42之间装配胯部水平动作筒8。液压弹簧减震器4上端装配在身体骨架39上，右端装配在腰板42上，起缓冲作用，胯部垂直动作筒15上端固定在腰板42上，下端固定在大腿中部轴承关节16上，肩部抬臂动作筒13上端连接上肢，下端连接身体骨架39，身体骨架36肩部与大臂之间，大小臂之间，小臂与手之间均装配轴承关节16，肩与大臂之间装配肩部张臂动作筒12，大小臂之间装配手臂部动作筒14。手与手腕处用销钉41装配，手与小臂之间装配腕部动作筒40，使手相对小臂上下转动和水平左右摆动。大腿下端用轴承关节16、膝部垂直动作筒9和膝关节防扭摇臂19装配小腿，小腿用轴承关节16、踝骨垂直动作筒10和踝部水平动作筒11装配脚，脚可作水平状25°角度范围内的转动。身体骨架39前部装配腹部照明灯具17，脚部照明灯具21和踝部防碰撞垫20装配在脚腕处。参看图2，装配在机器人面部、小腿前和脚前部的红外传感器34及光电传感器35，以及人工控制手动操纵器36经各自的电平转换33(型号为CC4529系列)，连接并行输入口32(型号为8522系列)，并行输入口32另一端依次连接微处理芯片28(型号为：68000系列)，信息输入端，固存器30(型号为：C27128系列)和随机存储器31(型号为：CM0S4061系列)连接微处理芯片28程序存储输入端，各种传感信息和存储信息经微处理芯片28处理发出指令，经数据总线29(型号为：S-100)连接并行输出口37，并行输出口37另一端经20个功率驱动38(型号为：CC4529系列)、驱动20个气动电磁阀5(型号为：SQ250641系列)工作。机器人行走所需的控制信息是按编排的程序存储在固存器30中，而随时编制的控制信息可存储在随机存储器31中，经微处理芯片28识别判断后，发出指令，又经功率驱动38放大推动气动电磁阀5有序的工作。参见图3所述，汽油动力空压机6输出经手动截止阀22于储气瓶2中储存气源，储气瓶2输出经分压过滤器23、调压器24、油雾器25、压力即电器26输出基本工作气压，各基本工作气压经20个气动电磁阀5和40个单向节流阀27控制机器人中20个气缸动作筒有序地协调工作。参见图4，这是机器人作为人力拉一个二轮旅游观赏车44，车上有手动操纵器36作为人工控制器。

本实用新型的工作过程是这样：当启动汽油动力空压机6后(其中汽油发动机和空压机同轴运转)，带动发动机7工作，产生压缩空气和工作电压，压缩空气进入储气瓶2后作为稳定的压力气体输入，经过调压器24调压、压力继电器26保持气压工作在一定范围，气动电磁阀5换向、单向节流阀27调速，来控制机器人两条腿12套气缸动作筒协调工作，以及上肢8套气缸动作筒协调工作，在机器人启动行走后，红外光电传感器34和35工作，探测前方路面障碍物或行人，将探测的各种信号向微处理芯片28输入，经微处理芯片28分析判断后，提取固存器30中的储存执行信息，发出动作指令，使机器人腿部作出向前后或左右跨越，绕过障碍继续前进的命令，或者使机器人停步待令。同理也可使机器人上肢作向前后、左右摆动各种运动。发电机7发出的工作电压为12伏，最大输出功率为120瓦，是供给各电气部件所用的电能。

本实用新型的优点和效果如下：

1、由于本发明采用微处理芯片及其配件，所以使机器人具有独立地执行程序指令，进行独立地自动行走，而且还能通过人工手动操纵步行机器人，随时改变行走方向和姿态，这种能够不依靠机器人本身之外的各种设备，就能有序地协调行走功能，是本实用新型的一个特点。

2、经研制，本实用新型的机器人，身高为1.86米，体重为145公斤，行走时速为：快速达13公里/小时，中速达6.5公里/小时，慢速达2.5～4公里/小时，行走步幅为：大步是85厘米/步，小步是60厘米/步。

3、由于本发明采用独立行走的机器人，所以适应环境能力强，不怕风、雨、日光晒，以及其它不良自然环境的影响，广泛地可应用于野外和旅游区活动，为众多的工作人员和旅客提供载人、载物运输游玩的设备，这是本发明第二个特点。

4、由于机器人造型与真人相仿，而且动作灵敏，行走自如，故增加了趣味性和方便性，这是本发明的第三个特点。

Claims

1、气动步行机器人，由障碍探测装置、控制机能装置和运动机能装置组成，在运动机能装置中包括有身体骨架(39)和可动的头部(1)、上肢、下肢，其特征是：在运动机能装置中，身体骨架(39)装配发电机(7)和汽油动力空压机(6)，汽油动力空压机(6)经储气瓶(2)、调压器(24)和气动电磁阀(5)控制机器人中各气缸动作筒协调动作，身体骨架(39)用轴(45)装配腰板(42)和摇臂(43)，身体骨架(39)和腰板(42)之间连接有液压弹簧减震器(4)，在障碍探测装置和控制机能装置中，头部(1)面部及小腿和脚均装配红外传感器(34)和光电传感器(35)，由人工手动操纵器(36)与红外光电传感器(34)和(35)经电平转换(33)连接微处理芯片(28)信息输入端，微处理芯片(28)程序存储输入端连接固存器(30)和随机存储器(31)中，微处理芯片(28)输出经功率驱动(38)连接并控制各气动电磁阀(5)有序工作。

2、根据权利要求1所述的气动步行机器人，其特征是：在气动机能装置中，身体骨架(39)用微电机和传动机构装配可左右上下摆动的头部(1)，在可活动的上肢中，身体骨架(39)用轴承关节(16)及肩部张臂、抬臂动作筒(12)和(13)装配可摆动的上肢，大臂与小臂之间用轴承关节(16)和手臂部动作筒(14)连接，小臂与手之间用轴承关节(16)、腕部动作筒(40)和销轴(41)连接，在可活动的下肢中，大腿用轴承关节(16)、摇臂(43)和跨步水平动作筒(18)装配在轴(45)端部，胯部垂直动作筒(15)两端与腰板(42)和大腿相连，大腿上部与腰板(42)之阅用跨步水平动作筒(8)相连，大小腿之间用轴承关节(16)、膝部垂直动作筒(9)、膝关节防扭摇臂(19)装配，小腿与脚之间用轴承关节(16)、踝部垂直水平动作筒(10)和(11)装配。

3、根据权利要求1所述的气动步行机器人，其特征是：在控制机能装置中，气动电磁阀(5)输出经单向节流阀(27)连接各气缸动作筒两端。