本實(shí)用新型涉及一種四自由度狹窄足印機(jī)器人，屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

機(jī)器人技術(shù)是一門新興的綜合性學(xué)科，涉及了機(jī)械、電子、計算機(jī)、材料、傳感器、控制技術(shù)及人工智能等眾多學(xué)科，體現(xiàn)了一個國家的智能化和自動化研究水平。雙足機(jī)器人是機(jī)器人家族中最重要的成員之一，它涉及仿生學(xué)、人工智能、機(jī)械創(chuàng)新、計算機(jī)仿真學(xué)、通訊等相關(guān)學(xué)科，在科研、生產(chǎn)、生活方面的價值都十分突出。雙足機(jī)器人具有傳統(tǒng)的輪式、履帶式機(jī)器人的無法比擬的優(yōu)越性，傳統(tǒng)的輪式、履帶式機(jī)器人在不平坦的地面工作時，會大增加其能耗，而在松軟地面或者嚴(yán)重崎嶇不平的地形上行進(jìn)時，它們就舉步維艱了，雙足機(jī)器人在該地形的推進(jìn)有獨(dú)特的優(yōu)越性能。雙足機(jī)器人對環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)，不僅可以在狹窄的空間中工作，還能夠跨越障礙、上下臺階、甚至在不平整地面上運(yùn)動，這些優(yōu)勢使其具有更廣闊的應(yīng)用前景。

在機(jī)器人設(shè)計的教與學(xué)的過程中，還沒有一種有效的教學(xué)工具，能形象、直觀地使學(xué)生領(lǐng)會競走機(jī)器人的工作原理，并同時能提高學(xué)生的動手能力、激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供了一種四自由度狹窄足印機(jī)器人，以用于在機(jī)器人設(shè)計的教與學(xué)的過程中提供具有前后行走、旋轉(zhuǎn)功能的機(jī)器人問題。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：一種四自由度狹窄足印機(jī)器人，包括軀干部1、左腿結(jié)構(gòu)和右腿結(jié)構(gòu)，所述左腿結(jié)構(gòu)和右腿結(jié)構(gòu)相同，右腿結(jié)構(gòu)包括右腿胯部舵機(jī)2、右舵機(jī)固定架Ⅰ4、U形架Ⅰ6、右腿腳部舵機(jī)8、右舵機(jī)固定架Ⅱ10、右腳底板12，左腿結(jié)構(gòu)包括左腿胯部舵機(jī)3、左舵機(jī)固定架Ⅰ5、U形架Ⅱ7、左腿腳部舵機(jī)9、左舵機(jī)固定架Ⅱ11、左腳底板13；

所述右腿胯部舵機(jī)2、左腿胯部舵機(jī)3的輸出軸向上與軀干部1相固定，右腿胯部舵機(jī)2、左腿胯部舵機(jī)3的殼體分別與右舵機(jī)固定架Ⅰ4、左舵機(jī)固定架Ⅰ5相固定，U形架Ⅰ6、U形架Ⅱ7開口向下，右舵機(jī)固定架Ⅰ4、左舵機(jī)固定架Ⅰ5分別與U形架Ⅰ6、U形架Ⅱ7的上面板相固定，右腿腳部舵機(jī)8、左腿腳部舵機(jī)9的輸出軸分別固定于U形架Ⅰ6、U形架Ⅱ7的側(cè)板上，右腿腳部舵機(jī)8的殼體通過右舵機(jī)固定架Ⅱ10固定于右腳底板12，左腿腳部舵機(jī)9的殼體通過左舵機(jī)固定架Ⅱ11固定于左腳底板13。

還包括用于控制舵機(jī)運(yùn)行的電路部分，所述電路部分包括電源、單片機(jī)、無線串口通信數(shù)據(jù)模塊以及上位機(jī)；電源用于提供電能，單片機(jī)產(chǎn)生控制舵機(jī)運(yùn)行的脈沖信號，單片機(jī)通過無線串口通信數(shù)據(jù)模塊與上位機(jī)相通訊。

其中，所示的電源用于給各個舵機(jī)、單片機(jī)的工作提供穩(wěn)定的電源，單片機(jī)發(fā)出PWM脈沖信號對舵機(jī)的轉(zhuǎn)動角度進(jìn)行控制。單片機(jī)通過無線串口通信數(shù)據(jù)模塊與上位機(jī)通信，單片機(jī)根據(jù)接收的上位機(jī)的控制指令對舵機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行控制，還可將運(yùn)行狀態(tài)信息上傳至上位機(jī)。

本實(shí)用新型的工作原理是：

建立空間直角坐標(biāo)系o-xyz，x軸方向與競走機(jī)器人所要行走的正前方相一致，y軸垂直于x軸和z軸所在的平面并指向機(jī)器人的右側(cè)，z軸方向與競走機(jī)器人站立的豎直方向相一致；所述右腿胯部舵機(jī)2、左腿胯部舵機(jī)3的輸出軸所在的方向均與z軸的方向相一致，右腿腳部舵機(jī)8、左腿腳部舵機(jī)9的輸出軸所在的方向均與x軸負(fù)方向一致。

機(jī)器人前進(jìn)，后退和旋轉(zhuǎn)具體實(shí)施方式如下：

在機(jī)器人向前行走方式中：開始時機(jī)器人處于立正狀態(tài)，右腿腳部舵機(jī)8輸出軸順時針旋轉(zhuǎn)40度同時左腿腳部舵機(jī)9輸出軸順時針旋轉(zhuǎn)40度右腿腳部舵機(jī)8、左腿腳部舵機(jī)9輸出軸旋轉(zhuǎn)方向的判斷，均是沿垂直于紙面向里的方向看去，此刻機(jī)器人向右偏，右腿胯部舵機(jī)2輸出軸順時針旋轉(zhuǎn)30度同時左腿胯部舵機(jī)3輸出軸順時針旋轉(zhuǎn)30度右腿胯部舵機(jī)2、左腿胯部舵機(jī)3輸出軸旋轉(zhuǎn)方向的判斷，均是沿z軸負(fù)方向看去，此刻機(jī)器人左腿向前，右腿腳部舵機(jī)8輸出軸逆時針旋轉(zhuǎn)40度同時左腿腳部舵機(jī)9輸出軸逆時針旋轉(zhuǎn)40度完成從立正到左腿向前跨一步稱為動作一；左腿腳部舵機(jī)9輸出軸逆時針旋轉(zhuǎn)40度同時右腿腳部舵機(jī)8輸出軸逆時針旋轉(zhuǎn)40度，此刻機(jī)器人向左偏，右腿胯部舵機(jī)2輸出軸逆時針旋轉(zhuǎn)60度同時左腿胯部舵機(jī)3輸出軸逆時針旋轉(zhuǎn)60度，此刻機(jī)器人右腿向前，右腿腳部舵機(jī)8輸出軸順時針旋轉(zhuǎn)40度同時左腿腳部舵機(jī)9輸出軸順時針旋轉(zhuǎn)40度完成右腿向前跨一步稱為動作二；右腿腳部舵機(jī)8輸出軸順時針旋轉(zhuǎn)40度同時左腿腳部舵機(jī)9輸出軸順時針旋轉(zhuǎn)40度，此刻機(jī)器人向右偏，右腿胯部舵機(jī)2輸出軸順時針旋轉(zhuǎn)60度同時左腿胯部舵機(jī)3輸出軸順時針旋轉(zhuǎn)60度，此刻機(jī)器人左腿向前，右腿腳部舵機(jī)8輸出軸逆時針旋轉(zhuǎn)40度同時左腿腳部舵機(jī)9輸出軸逆時針旋轉(zhuǎn)40度，完成左腿再向前跨一步稱作動作三，動作二與動作三循環(huán)執(zhí)行即可完成走機(jī)器人向前行走的動作。

在機(jī)器人向后行走方式中：開始時機(jī)器人處于立正狀態(tài)，右腿腳部舵機(jī)8輸出軸順時針旋轉(zhuǎn)40度同時左腿腳部舵機(jī)9輸出軸順時針旋轉(zhuǎn)40度（右腿腳部舵機(jī)8、左腿腳部舵機(jī)9輸出軸旋轉(zhuǎn)方向的判斷，均是沿垂直于紙面向里的方向看去），此刻機(jī)器人向右偏，右腿胯部舵機(jī)2輸出軸逆時針旋轉(zhuǎn)30度同時左腿胯部舵機(jī)3輸出軸逆時針旋轉(zhuǎn)30度（右腿胯部舵機(jī)2、左腿胯部舵機(jī)3輸出軸旋轉(zhuǎn)方向的判斷，均是沿z軸負(fù)方向看去），此刻機(jī)器人左腿向后，右腿腳部舵機(jī)8輸出軸逆時針旋轉(zhuǎn)40度同時左腿腳部舵機(jī)9輸出軸逆時針旋轉(zhuǎn)40度完成從立正到左腿向后跨一步稱為動作一；左腿腳部舵機(jī)9輸出軸逆時針旋轉(zhuǎn)40度同時右腿腳部舵機(jī)8輸出軸逆時針旋轉(zhuǎn)40度，此刻機(jī)器人向左偏，右腿胯部舵機(jī)2輸出軸順時針旋轉(zhuǎn)60度同時左腿胯部舵機(jī)3輸出軸順時針旋轉(zhuǎn)60度，此刻機(jī)器人右腿向后，右腿腳部舵機(jī)8輸出軸順時針旋轉(zhuǎn)40度同時左腿腳部舵機(jī)9輸出軸順時針旋轉(zhuǎn)40度完成右腿向后跨一步稱為動作二；右腿腳部舵機(jī)8輸出軸順時針旋轉(zhuǎn)40度同時左腿腳部舵機(jī)9輸出軸順時針旋轉(zhuǎn)40度，此刻機(jī)器人向右偏，右腿胯部舵機(jī)2輸出軸逆時針旋轉(zhuǎn)60度同時左腿胯部舵機(jī)3輸出軸逆時針旋轉(zhuǎn)60度，此刻機(jī)器人左腿向后，右腿腳部舵機(jī)8輸出軸逆時針旋轉(zhuǎn)40度同時左腿腳部舵機(jī)9輸出軸逆時針旋轉(zhuǎn)40度，完成左腿再向后跨一步稱作動作三，動作二與動作三循環(huán)執(zhí)行即可完成走機(jī)器人向后行走的動作。

在旋轉(zhuǎn)方式中：左腿腳部舵機(jī)9輸出軸逆時針旋轉(zhuǎn)40度同時右腿腳部舵機(jī)8輸出軸逆時針旋轉(zhuǎn)40度，此刻機(jī)器人向左偏，右腿腳部舵機(jī)8輸出軸順時針旋轉(zhuǎn)40度，右腿胯部舵機(jī)2輸出軸逆時針旋轉(zhuǎn)30度，左腿腳部舵機(jī)9輸出軸順時針旋轉(zhuǎn)40度，完成動作一；右腿腳部舵機(jī)8輸出軸順時針旋轉(zhuǎn)40度同時左腿腳部舵機(jī)9輸出軸順時針旋轉(zhuǎn)40度，此刻機(jī)器人向右偏，左腿腳部舵機(jī)9輸出軸逆時針旋轉(zhuǎn)40度，右腿胯部舵機(jī)2輸出軸順時針旋轉(zhuǎn)30度，右腿腳部舵機(jī)8輸出軸逆時針旋轉(zhuǎn)40度，完成動作二；，依次循環(huán)執(zhí)行動作一，二完成機(jī)器人旋轉(zhuǎn)動作。

本實(shí)用新型的有益效果是：一種四自由度狹窄足印機(jī)器人是雙足機(jī)器人中的一種，它沒有上身，是雙足機(jī)器人研究的理想平臺，通過本設(shè)計所搭建的教學(xué)平臺，可以進(jìn)行雙足機(jī)器人的機(jī)構(gòu)、控制及步態(tài)等方面的研究。為機(jī)器人設(shè)計的教與學(xué)的過程中提供了具有前后行走、旋轉(zhuǎn)功能的機(jī)器人問題。該平臺也是機(jī)電一體化方向?qū)W生機(jī)電產(chǎn)品實(shí)訓(xùn)的重要工具，學(xué)生通過這個平臺能夠了解機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)的方法和流程，提高學(xué)生的動手能力、激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造能力都有十分明顯的作用。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的自由度配置示意圖；

圖2為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型電路部分的原理圖；

圖中各標(biāo)號：1-軀干部，2-右腿胯部舵機(jī)，3-左腿胯部舵機(jī)，4-右舵機(jī)固定架Ⅰ，5-左舵機(jī)固定架Ⅰ，6-U形架Ⅰ，7-U形架Ⅱ，8-右腿腳部舵機(jī)，9-左腿腳部舵機(jī)，10-右舵機(jī)固定架Ⅱ，11-左舵機(jī)固定架Ⅱ，12-右腳底板，13-左腳底板。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：如圖1-3所示，一種四自由度狹窄足印機(jī)器人，包括軀干部1、左腿結(jié)構(gòu)和右腿結(jié)構(gòu)，所述左腿結(jié)構(gòu)和右腿結(jié)構(gòu)相同，右腿結(jié)構(gòu)包括右腿胯部舵機(jī)2、右舵機(jī)固定架Ⅰ4、U形架Ⅰ6、右腿腳部舵機(jī)8、右舵機(jī)固定架Ⅱ10、右腳底板12，左腿結(jié)構(gòu)包括左腿胯部舵機(jī)3、左舵機(jī)固定架Ⅰ5、U形架Ⅱ7、左腿腳部舵機(jī)9、左舵機(jī)固定架Ⅱ11、左腳底板13；

所述右腿胯部舵機(jī)2、左腿胯部舵機(jī)3的輸出軸向上與軀干部1相固定，右腿胯部舵機(jī)2、左腿胯部舵機(jī)3的殼體分別與右舵機(jī)固定架Ⅰ4、左舵機(jī)固定架Ⅰ5相固定，U形架Ⅰ6、U形架Ⅱ7開口向下，右舵機(jī)固定架Ⅰ4、左舵機(jī)固定架Ⅰ5分別與U形架Ⅰ6、U形架Ⅱ7的上面板相固定，右腿腳部舵機(jī)8、左腿腳部舵機(jī)9的輸出軸分別固定于U形架Ⅰ6、U形架Ⅱ7的側(cè)板上，右腿腳部舵機(jī)8的殼體通過右舵機(jī)固定架Ⅱ10固定于右腳底板12，左腿腳部舵機(jī)9的殼體通過左舵機(jī)固定架Ⅱ11固定于左腳底板13。

還包括用于控制舵機(jī)運(yùn)行的電路部分，所述電路部分包括電源、單片機(jī)、無線串口通信數(shù)據(jù)模塊以及上位機(jī)；電源用于提供電能，單片機(jī)產(chǎn)生控制舵機(jī)運(yùn)行的脈沖信號，單片機(jī)通過無線串口通信數(shù)據(jù)模塊與上位機(jī)相通訊。

實(shí)施例2：如圖1-3所示，一種四自由度狹窄足印機(jī)器人，包括軀干部1、左腿結(jié)構(gòu)和右腿結(jié)構(gòu)，所述左腿結(jié)構(gòu)和右腿結(jié)構(gòu)相同，右腿結(jié)構(gòu)包括右腿胯部舵機(jī)2、右舵機(jī)固定架Ⅰ4、U形架Ⅰ6、右腿腳部舵機(jī)8、右舵機(jī)固定架Ⅱ10、右腳底板12，左腿結(jié)構(gòu)包括左腿胯部舵機(jī)3、左舵機(jī)固定架Ⅰ5、U形架Ⅱ7、左腿腳部舵機(jī)9、左舵機(jī)固定架Ⅱ11、左腳底板13；

所述右腿胯部舵機(jī)2、左腿胯部舵機(jī)3的輸出軸向上與軀干部1相固定，右腿胯部舵機(jī)2、左腿胯部舵機(jī)3的殼體分別與右舵機(jī)固定架Ⅰ4、左舵機(jī)固定架Ⅰ5相固定，U形架Ⅰ6、U形架Ⅱ7開口向下，右舵機(jī)固定架Ⅰ4、左舵機(jī)固定架Ⅰ5分別與U形架Ⅰ6、U形架Ⅱ7的上面板相固定，右腿腳部舵機(jī)8、左腿腳部舵機(jī)9的輸出軸分別固定于U形架Ⅰ6、U形架Ⅱ7的側(cè)板上，右腿腳部舵機(jī)8的殼體通過右舵機(jī)固定架Ⅱ10固定于右腳底板12，左腿腳部舵機(jī)9的殼體通過左舵機(jī)固定架Ⅱ11固定于左腳底板13。

上面結(jié)合圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式作了詳細(xì)說明，但是本實(shí)用新型并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本實(shí)用新型宗旨的前提下作出各種變化。