專利名稱：一種多足步行機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多足步行機(jī)器人。
盡管國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)了不少多足機(jī)器人樣機(jī)或研究模型，然而其目的只局限于多足機(jī)器人簡(jiǎn)單步行運(yùn)動(dòng)的控制與實(shí)現(xiàn)，無(wú)論是在機(jī)械結(jié)構(gòu)上還是在控制系統(tǒng)上它們都無(wú)法突破功能的單一性，而且在全方位、快速、自適應(yīng)動(dòng)態(tài)步行等運(yùn)動(dòng)控制方面還存在許多不足和限定條件，這都是制約多足機(jī)器人技術(shù)更進(jìn)一步和更廣泛地工程實(shí)用化的關(guān)鍵性的基礎(chǔ)技術(shù)問(wèn)題。盡管多足機(jī)器人技術(shù)早為大家所重視，但研究的重點(diǎn)還停留在步行機(jī)械的設(shè)計(jì)和步行運(yùn)動(dòng)的控制上，還缺乏具有普遍指導(dǎo)性的有著多機(jī)器人作業(yè)功能開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)性研究，特別缺乏相關(guān)的機(jī)械結(jié)構(gòu)與控制設(shè)計(jì)的理論和方法；現(xiàn)有的多足機(jī)器人大多結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)自由度少、對(duì)非結(jié)構(gòu)性環(huán)境的適應(yīng)性差，尤其它們?nèi)狈θ嵝缘摹敖钊狻苯Y(jié)構(gòu)以吸收快速動(dòng)態(tài)步行所產(chǎn)生的振動(dòng)和沖擊，這樣的腿結(jié)構(gòu)很難實(shí)現(xiàn)實(shí)用的具有合理的足式步行機(jī)械結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)。如上海交通大學(xué)2002年提出了一種微型六足仿生機(jī)器人，是基于仿生學(xué)原理，采用微型電動(dòng)機(jī)蝸輪蝸桿裝置連接，通過(guò)皮帶又與皮帶傳動(dòng)裝置連接，皮帶傳動(dòng)裝置的軸分別與四桿機(jī)構(gòu)分別與前足、中足和后足連接，并帶動(dòng)六足步行。這種結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單，但每個(gè)足不能單獨(dú)控制，步態(tài)單一，且缺乏柔性，無(wú)抗沖擊能力。
為實(shí)現(xiàn)上述實(shí)用新型目的，一種多足步行機(jī)器人，包括前足、中足和后足各兩條，分兩排并列分布在機(jī)架的左右兩側(cè)，其特征在于每條足的結(jié)構(gòu)相同，均由腳、小腿、大腿、髖部及驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)裝置構(gòu)成，并通過(guò)其髖部中心轉(zhuǎn)軸與機(jī)架連接。
上述驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)裝置包括髖部伺服電機(jī)、大腿伺服電機(jī)和小腿伺服電機(jī)，各電機(jī)均固定在髖部的機(jī)架上；髖部伺服電機(jī)通過(guò)第一齒輪傳動(dòng)副帶動(dòng)髖部繞髖部中心轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；大腿伺服電機(jī)依次通過(guò)第二齒輪傳動(dòng)副、第一鋼絲繩線輪傳動(dòng)副帶動(dòng)大腿繞大腿關(guān)節(jié)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)；小腿伺服電機(jī)依次通過(guò)第三齒輪傳動(dòng)副、第二鋼絲繩線輪傳動(dòng)副和第三鋼絲繩線輪傳動(dòng)副帶動(dòng)小腿繞小腿關(guān)節(jié)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，各傳動(dòng)部件均位于髖部的機(jī)架上。
上述機(jī)器人的大腿可由同步轉(zhuǎn)動(dòng)的兩根平行桿組成，上述小腿伺服電機(jī)依次通過(guò)第三齒輪傳動(dòng)副、第二鋼絲繩線輪傳動(dòng)副、第三鋼絲繩線輪傳動(dòng)副和行星齒輪傳動(dòng)副帶動(dòng)小腿繞小腿關(guān)節(jié)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比有以下優(yōu)點(diǎn)(1驅(qū)動(dòng)電機(jī)及傳動(dòng)部件都安裝在髖部里面，具有較大的傳動(dòng)比且占有空間小，結(jié)構(gòu)緊湊；(2)關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)角度大髖部可繞髖部中心轉(zhuǎn)軸向前回轉(zhuǎn)90°，向后回轉(zhuǎn)60°，大腿可繞其關(guān)節(jié)向上翻轉(zhuǎn)87°，向下翻轉(zhuǎn)90°，小腿可繞其關(guān)節(jié)向內(nèi)翻轉(zhuǎn)45°，向外向上翻轉(zhuǎn)225°；(3)由于每一條足具有相同的結(jié)構(gòu)而且可單獨(dú)控制，因而，任何一足可根據(jù)作業(yè)需要作為行走的足或抓取工件的臂使用，即腿臂可互換，易于協(xié)調(diào)分工，能夠?qū)崿F(xiàn)在不平地面上多自由度全方位快速步行，具有良好的機(jī)動(dòng)性、靈活性及對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力；(4)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用柔韌的鋼絲繩線輪傳動(dòng)與剛性大的齒輪傳動(dòng)相結(jié)合，具有較好的抗沖擊性。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明實(shí)施例1如


圖1所示，機(jī)器人由機(jī)架10，前足兩條5、6，中足兩條3、4及后足兩條1、2組成。這六條足分成左右兩排并列分布。其中每一條足由小腿7、大腿8、髖部9及驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)裝置構(gòu)成。每一條足通過(guò)其髖部中心的轉(zhuǎn)軸11與機(jī)架10連接。每一條足擁有如圖2所示的一套機(jī)械傳動(dòng)裝置。
機(jī)器人各足的具體實(shí)施方式
之一如圖2所示，機(jī)器人任一條足由腳12、小腿7、連桿13、大腿8、小腿關(guān)節(jié)傳動(dòng)軸14、第一線輪18、大腿關(guān)節(jié)傳動(dòng)軸16、第一傳動(dòng)軸17、第二線輪15、第一帶線輪齒輪19、第一小齒輪20、小腿伺服電機(jī)21、大腿伺服電機(jī)22、第二小齒輪23、第二帶線輪齒輪24、第三線輪25、髖部9、髖部伺服電機(jī)26、第三小齒輪27及髖部中心轉(zhuǎn)軸11組成。其中第三線輪25與大腿關(guān)節(jié)傳動(dòng)軸16固定，連桿13、線輪15與小腿關(guān)節(jié)傳動(dòng)軸14固定，第一帶線輪齒輪19和第二帶線輪齒輪24空套于第一傳動(dòng)軸17，第一線輪18空套于大腿關(guān)節(jié)傳動(dòng)軸16，大腿8空套于小腿關(guān)節(jié)傳動(dòng)軸14。
其控制原理為小腿伺服電機(jī)21通過(guò)第一小齒輪20和第一線輪齒輪19的齒輪嚙合驅(qū)動(dòng)第一帶線輪齒輪19，第一帶線輪齒輪19又通過(guò)鋼絲繩傳動(dòng)帶動(dòng)第一線輪18，繼而帶動(dòng)第二線輪15、小腿關(guān)節(jié)傳動(dòng)軸14和連桿13，在小腿7、大腿8的齒輪嚙合作用下，連桿13的轉(zhuǎn)動(dòng)致使小腿7繞小腿關(guān)節(jié)傳動(dòng)軸14作行星輪運(yùn)動(dòng)。
大腿伺服電機(jī)22通過(guò)第二小齒輪23和第二帶線輪齒輪24的齒輪嚙合帶動(dòng)第二帶線輪齒輪24，它通過(guò)鋼絲繩傳動(dòng)帶動(dòng)第三線輪25，繼而帶動(dòng)大腿8繞大腿關(guān)節(jié)傳動(dòng)軸16上下翻轉(zhuǎn)。
髖部伺服電機(jī)26通過(guò)第三小齒輪27和髖部9的齒輪嚙合帶動(dòng)足的髖部繞髖部中心轉(zhuǎn)軸11轉(zhuǎn)動(dòng)。
計(jì)算機(jī)控制機(jī)器人方法是在每一條足的髖部中心轉(zhuǎn)軸11(可稱之為髖關(guān)節(jié))、大腿關(guān)節(jié)傳動(dòng)軸16(可稱之為大腿驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié))和小腿關(guān)節(jié)傳動(dòng)軸14(可稱之為小腿驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié))上各裝有測(cè)量關(guān)節(jié)位置的電位計(jì)，在腳12上裝有接觸開(kāi)關(guān)及測(cè)量腳底受力的壓力傳感器，在機(jī)器人機(jī)架(10)前端安裝障礙物測(cè)距傳感器以及視覺(jué)傳感器等，所有這些傳感器和開(kāi)關(guān)信號(hào)被傳入運(yùn)動(dòng)控制卡的轉(zhuǎn)接板，然后送入計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)程序?qū)@些反饋信息和人的操作命令進(jìn)行分析整理，然后輸出控制信號(hào)來(lái)指揮機(jī)器人作相應(yīng)的動(dòng)作。
其控制裝置與實(shí)施例一相同。
權(quán)利要求1.一種多足步行機(jī)器人，包括前足、中足和后足各兩條，分兩排并列分布在機(jī)架的左右兩側(cè)，其特征在于每條足的結(jié)構(gòu)相同，均由腳(12)、小腿(7)、大腿(8)、髖部(9)及驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)裝置構(gòu)成，并通過(guò)其髖部中心轉(zhuǎn)軸(11)與機(jī)架(10)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)裝置包括髖部伺服電機(jī)(26)、大腿伺服電機(jī)(22)和小腿伺服電機(jī)(21)，各電機(jī)均固定在髖部(9)的機(jī)架上；髖部伺服電機(jī)(26)通過(guò)第一齒輪傳動(dòng)副(26、27)帶動(dòng)髖部(9)繞髖部中心轉(zhuǎn)軸(11)旋轉(zhuǎn)；大腿伺服電機(jī)(22)依次通過(guò)第二齒輪傳動(dòng)副(23、24)、第一鋼絲繩線輪傳動(dòng)副(24、25)帶動(dòng)大腿(8)繞大腿關(guān)節(jié)傳動(dòng)軸(16)轉(zhuǎn)動(dòng)；小腿伺服電機(jī)(21)依次通過(guò)第三齒輪傳動(dòng)副(20、19)、第二鋼絲繩線輪傳動(dòng)副(19、18)和第三鋼絲繩線輪傳動(dòng)副(18、15)帶動(dòng)小腿(7)繞小腿關(guān)節(jié)傳動(dòng)軸(14)轉(zhuǎn)動(dòng)，各傳動(dòng)部件均位于髖部(9)的機(jī)架上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)器人，其特征在于所述大腿(8)由同步轉(zhuǎn)動(dòng)的兩根平行桿組成，所述小腿伺服電機(jī)(21)依次通過(guò)第三齒輪傳動(dòng)副(20、19)、第二鋼絲繩線輪傳動(dòng)副(19、18)、第三鋼絲繩線輪傳動(dòng)副(18、15)和行星齒輪傳動(dòng)副(8、13、7)帶動(dòng)小腿(7)繞小腿關(guān)節(jié)傳動(dòng)軸(14)轉(zhuǎn)動(dòng)。
專利摘要多足步行機(jī)器人，包括前中后足各兩條，分兩排并列分布在機(jī)架左右兩側(cè)，各足結(jié)構(gòu)相同，由腳、小腿、大腿、髖部及驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)裝置構(gòu)成，并通過(guò)其髖部中心轉(zhuǎn)軸與機(jī)架連接。驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)裝置包括固定在機(jī)架上的髖部伺服電機(jī)，它通過(guò)齒輪傳動(dòng)副帶動(dòng)髖部旋轉(zhuǎn)；大腿伺服電機(jī)依次通過(guò)齒輪傳動(dòng)副、鋼絲繩線輪傳動(dòng)副帶動(dòng)大腿轉(zhuǎn)動(dòng)；小腿伺服電機(jī)依次通過(guò)齒輪傳動(dòng)副、鋼絲繩線輪傳動(dòng)副和鋼絲繩線輪傳動(dòng)副帶動(dòng)小腿轉(zhuǎn)動(dòng)。本實(shí)用新型占有空間小，結(jié)構(gòu)緊湊，關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)角度大，并且具有良好的機(jī)動(dòng)性、靈活性、抗沖擊性及對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力。
文檔編號(hào)B25J3/04GK2582823SQ0228419
公開(kāi)日2003年10月29日 申請(qǐng)日期2002年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月14日
發(fā)明者陳學(xué)東, 郭鴻勛, 李小清, 羅福源 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)