專利名稱：三足機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三足機器人，三足獨立驅(qū)動，通過對機器人腿部精密的位置和速度閉環(huán)控制實現(xiàn)機器人整體的各種運動。屬于機械控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在實驗室和生活中我們見到的機器人大都是采用兩足或四足六足等多足行走或是采用相對傳統(tǒng)的輪式移動。輪式機器人相對于足式機器人的越障能力要遜色許多，對地形的適應(yīng)性能不如足式機器人。兩足機器人行走較為靈活，但是穩(wěn)定性欠缺，行走時容易失去平衡而摔倒，四足六足等多足機器人雖然相對于兩足更為穩(wěn)定，但卻失去了兩足的靈活性，腿與腿之間會相互干擾、控制起來也比較復(fù)雜。三角形具有很好的穩(wěn)定性，三足行走機器人自然也具有四足、六足機器人的穩(wěn)定性。同時，由于采用三足的驅(qū)動方式，三足機器人便擁有了兩足機器人的靈活性。常見的機器人在平面內(nèi)大都是在前后左右四個方向上運動，而采用三足的機器人，每條腿控制該腿的前后兩個方向運動，通過運動合成，加以運動控制便可以使機器人在一個平面內(nèi)更迅速方便地向任意方向的行走。這樣就使機器人整體運動靈活，而且三足行走的機器人對于跳出兩足、多足機器人的慣性思維具有很大的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于采用三足獨立驅(qū)動并通過協(xié)作運動來實現(xiàn)機器人整體的行走、轉(zhuǎn)彎等多種運動的問題。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案三足機器人，包括有曲柄銷緊定螺釘I，搖桿支架2，曲柄定位頂絲3，機身4，電源及控制電路5，編碼器6，空心杯電機7，腿8，搖桿支架固定螺釘9，搖桿轉(zhuǎn)軸10，搖桿11，卡簧12，搖桿銷緊定螺釘13，鋁合金球形接頭14，搖桿銷15，小套筒16，鋁合金球形接頭連桿17，曲柄銷18，大套筒19，曲柄20，搖桿銷固定孔21，搖桿銷緊定螺釘孔22，搖桿轉(zhuǎn)軸孔23，腿固定孔24,搖桿支架固定孔25,搖桿轉(zhuǎn)軸固定孔26,曲柄定位頂絲孔27,空心杯電機軸固定孔28，曲柄銷固定孔29，曲柄銷緊定螺釘孔30。在所述的機身4上水平間隔120°均勻固定有三個搖桿支架2,搖桿11通過搖桿轉(zhuǎn)軸10固定在搖桿支架2上,搖桿11可以繞搖桿轉(zhuǎn)軸10轉(zhuǎn)動；腿8固定在搖桿11上，且與搖桿11無相對運動；一個鋁合金球形接頭14通過小套筒16連接在搖桿11上；一個鋁合金球形接頭14通過大套筒19與曲柄20連接；與搖桿11上連接的鋁合金球形接頭14(1)和與曲柄20連接的鋁合金球形接頭14(2)通過鋁合金球形接頭連桿17相連；曲柄20通過其上的空心杯電機軸固定孔28與空心杯電機7的輸出軸相連，并用頂絲通過曲柄定位頂絲孔27固定在一起；編碼器6與空心杯電機7同軸固定，并采集空心杯電機7的實時數(shù)據(jù)，電源及控制電路5與空心杯電機7的電力輸入相連為空心杯電機7供電。三個空心杯電機7分別通過兩個螺釘固定在機身4上，電源及控制電路5也通過螺釘固定機身4上。
搖桿支架2通過兩個搖桿支架固定螺釘9固定在機身4上。曲柄20通過曲柄定位頂絲3固定在空心杯電機7的輸出軸上，且可以隨空心杯電機7的輸出軸一起轉(zhuǎn)動。搖桿轉(zhuǎn)軸10兩端用卡簧12限位，使得搖桿轉(zhuǎn)軸10只轉(zhuǎn)動不發(fā)生橫向滑動。通過小套筒16與搖桿11相連的鋁合金球形接頭14通過鋁合金球形接頭14上的通孔用搖桿銷15固定。通過大套筒19與曲柄20相連的鋁合金球形接頭14通過鋁合金球形接頭14上的通孔用曲柄銷18固定。搖桿銷15用搖桿銷緊定螺釘13鎖緊在搖桿11上，與搖桿11無相對運動。所述的曲柄20的數(shù)目為三個，分別為固定在3個搖桿支架2的腿9提供動力。兩個鋁合金球形接頭14的高度分別通過小套筒16和大套筒19來調(diào)節(jié)。本發(fā)明采用了三足獨立驅(qū)動的方式，三足呈120°的角度圓周布置，可以實現(xiàn)足式機器人的全向運動?？臻g曲柄搖桿機構(gòu)連續(xù)高效的轉(zhuǎn)動和高效率大功率的空心杯電機為機器人腿部提供了動力十足。機器人每一條腿的驅(qū)動電機都采用了編碼器進行位置和速度閉環(huán)控制，使得機器人可以完成很多復(fù)雜的動作，三足機器人運行穩(wěn)定，具有實用推廣價值，并能作為后續(xù)研究的基礎(chǔ)。


圖I本發(fā)明系統(tǒng)示意2本發(fā)明搖桿的結(jié)構(gòu)3本發(fā)明搖桿支架的結(jié)構(gòu)4本發(fā)明曲柄的結(jié)構(gòu)中1、曲柄銷緊定螺釘；2、搖桿支架；3、曲柄定位頂絲；4、機身；5、電源及控制電路；6、編碼器；7、空心杯電機；8、腿；9、搖桿支架固定螺釘；10、搖桿轉(zhuǎn)軸；11、搖桿；12、卡簧；13、搖桿銷緊定螺釘；14、鋁合金球形接頭；15、搖桿銷；16、小套筒；17、鋁合金球形接頭連桿；18、曲柄銷；19、大套筒；20、曲柄；21、搖桿銷固定孔；22、搖桿銷緊定螺釘孔；23、搖桿轉(zhuǎn)軸孔；24、腿固定孔；25、搖桿支架固定孔；26、搖桿轉(zhuǎn)軸固定孔；27、曲柄定位頂絲孔；28、空心杯電機軸固定孔；29、曲柄銷固定孔；30、曲柄銷緊定螺釘孔。
具體實施例方式結(jié)合圖I-圖4對本發(fā)明做進一步說明三足機器人，包括有曲柄銷緊定螺釘1，搖桿支架2，曲柄定位頂絲3，機身4，電源及控制電路5，編碼器6，空心杯電機7，腿8，搖桿支架固定螺釘9，搖桿轉(zhuǎn)軸10，搖桿11，卡簧12，搖桿銷緊定螺釘13，鋁合金球形接頭14，搖桿銷15，小套筒16，鋁合金球形接頭連桿17，曲柄銷18，大套筒19，曲柄20，搖桿銷固定孔21，搖桿銷緊定螺釘孔22，搖桿轉(zhuǎn)軸孔23，腿固定孔24,搖桿支架固定孔25,搖桿轉(zhuǎn)軸固定孔26,曲柄定位頂絲孔27,空心杯電機軸固定孔28，曲柄銷固定孔29，曲柄銷緊定螺釘孔30。機器人每一條腿都以獨立運動。編碼器、空心杯電機和電源及控制電路一起驅(qū)動機器人的腿運動，并對機器人的運動進行控制。三個搖桿支架2分別用兩個搖桿支架固定螺釘9通過搖桿支架固定孔固定在機身4上，且三個搖桿支架2間互成120°，機身4和搖桿支架2無相對運動。機身4和搖桿支架2的材料均為7075鋁合金，機身厚度約為0. 006米。腿8通過過盈配合固定在搖桿11上的腿固定孔24中，并保證腿8與搖桿11在同一平面內(nèi)，且與搖桿11無相對運動。搖桿轉(zhuǎn)軸10固定在搖桿支架2上的兩個搖桿轉(zhuǎn)軸固定孔26和搖桿11上的搖桿轉(zhuǎn)軸孔23上，使搖桿11只能繞搖桿轉(zhuǎn)軸10轉(zhuǎn)動，搖桿轉(zhuǎn)軸10的兩端用卡簧12限位，使得搖桿轉(zhuǎn)軸10只轉(zhuǎn)動不發(fā)生橫向滑動。兩個鋁合金球形接頭14通過鋁合金球形接頭連桿17連接固定，無相對運動，其中一個鋁合金球形接頭14通過其上的通孔用搖桿銷15固定在搖桿11上的搖桿銷固定孔21上，鋁合金球形接頭14和搖桿11之間用小套筒16調(diào)整高度，搖桿銷15用搖桿銷緊定螺釘13通過搖桿銷緊定螺釘孔22鎖緊在搖桿11上，與搖桿11無相對運動。另一個鋁合金球形接頭14通過其上的通孔用曲柄銷18固定在曲柄20上的曲柄銷固定孔29上。鋁合金球形接頭14和曲柄20之間用大套筒19調(diào)整高度，曲柄銷18用曲柄銷緊定螺釘I通過曲柄銷緊定螺釘孔30鎖緊在曲柄20上，與曲柄20無相對運動。曲柄20通過空心杯電機軸固定孔28于空心杯電機7相連接，并通過曲柄定位頂絲孔27用曲柄定位頂絲3固定在空心杯電機7的輸出軸上,與空心杯電機軸無相對運動，且可以隨空心杯電機7的輸出軸一起周轉(zhuǎn)。上述的腿8材料為7075硬質(zhì)鋁合金，長度約為0. 12米，直徑為0. 004米，腿8與搖桿銷15所成角度約為30°，運動時腿8與機身所成角度為45°至80°，即擺動角度為35°。搖桿11材料為7075硬質(zhì)鋁合金，厚度約為0.002米。搖桿銷15和曲柄銷18的材料均為45鋼，長度約為0. 015米，直徑為0. 002米。鋁合金球形接頭14上的通孔直徑為
0.002米，連接兩個鋁合金球形接頭14的鋁合金球形接頭連桿17的材料為45鋼，長度約為
0.02米，直徑為0.03米。兩個鋁合金球形接頭14的通孔間距為0.03米。曲柄銷18與曲柄20垂直，曲柄20的材料為鋁合金，曲柄銷18與空心杯電機轉(zhuǎn)軸的中心距為0. 009米。編碼器6安裝在空心杯電機7的末端并與空心杯電機7同軸，可通過控制實現(xiàn)對空心杯電機的精密的速度和位置閉環(huán)控制，編碼器直徑約為0. 015米。三個空心杯電機7分別通過兩個螺釘固定在機身4上，提供機器人腿部擺動的動力?？招谋姍C7的輸出軸材料為鋼材，直徑為0. 004米，出軸長度約為0. 01米。電源及控制電路5通過螺釘固定在機身4上，與機身4之間無相對運動。電源為3. 7V鋰電池，為控制部分和空心杯電機7提供電力。長X寬X高約為0.04米X0. 03米X0. 004米。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，性能穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)機器人的全向運動及其它多種運動。是一種理想型的三足機器人研究平臺，可用于三足機器人的步態(tài)規(guī)劃研究，也可以作為三足玩具向市場推廣，具有較大的實用和推廣價值。
權(quán)利要求
1.三足機器人，其特征在于其包括有曲柄銷緊定螺釘(1)，搖桿支架(2)，曲柄定位頂絲(3)，機身(4)，電源及控制電路(5)，編碼器(6)，電機(7)，腿(8)，搖桿支架固定螺釘(9)，搖桿轉(zhuǎn)軸(10)，搖桿(11)，卡簧(12)，搖桿銷緊定螺釘(13)，鋁合金球形接頭(14)，搖桿銷(15)，小套筒(16)，鋁合金球形接頭連桿(17)，曲柄銷(18)，大套筒(19)，曲柄(20)，搖桿銷固定孔(21)，搖桿銷緊定螺釘孔(22)，搖桿轉(zhuǎn)軸孔(23)，腿固定孔(24)，搖桿支架固定孔(25)，搖桿轉(zhuǎn)軸固定孔(26)，曲柄定位頂絲孔(27)，電機軸固定孔(28)，曲柄銷固定孔(29)，曲柄銷緊定螺釘孔(30);在所述的機身(4)上水平間隔120°均勻固定有三個搖桿支架(2)，搖桿(11)通過搖桿轉(zhuǎn)軸(10)固定在搖桿支架(2)上，搖桿(11)可以繞搖桿轉(zhuǎn)軸(10)轉(zhuǎn)動；腿(8)固定在搖桿(11)上，且與搖桿(11)無相對運動；一個鋁合金球形接頭(14)通過小套筒(16)連接在搖桿(11)上；一個鋁合金球形接頭(14)通過大套筒(19)與曲柄(20)連接；與搖桿(11)上連接的鋁合金球形接頭(14)和與曲柄(20)連接的鋁合金球形接頭(14)通過鋁合金球形接頭連桿(17)相連；曲柄(20)與電機(7)的輸出軸相連；編碼器(6)與電機(7)的控制端相連，電源及控制電路(5)與電機(7)的電力輸入相連為電機⑵供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三足機器人，其特征在于電機(7)分別通過連個螺釘固定在機身(4)上，電源及控制電路(5)通過螺釘固定機身⑷上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三足機器人，其特征在于搖桿支架(2)通過兩個搖桿支架固定螺釘(9)固定在機身(4)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三足機器人，其特征在于曲柄(20)通過曲柄定位頂絲(3)固定在電機(X)的輸出軸上，且可以隨電機(7)的輸出軸一起轉(zhuǎn)動。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三足機器人，其特征在于搖桿轉(zhuǎn)軸(10)兩端用卡簧(12)限位，使得搖桿轉(zhuǎn)軸(10)只轉(zhuǎn)動不發(fā)生橫向滑動。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三足機器人，其特征在于通過小套筒(16)與搖桿(11)相連的鋁合金球形接頭(14)通過鋁合金球形接頭(14)上的通孔用搖桿銷(15)固定。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三足機器人，其特征在于通過大套筒(19)與曲柄(20)相連的鋁合金球形接頭(14)通過鋁合金球形接頭(14)上的通孔用曲柄銷(18)固定。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三足機器人，其特征在于搖桿銷(15)用搖桿銷緊定螺釘(13)鎖緊在搖桿(11)上，與搖桿(11)無相對運動。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三足機器人，其特征在于所述的曲柄(20)的數(shù)目為三個，分別為固定在三個搖桿支架(2)的腿(9)提供動力。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三足機器人，其特征在于兩個鋁合金球形接頭(14)的高度分別通過小套筒(16)和大套筒(19)來調(diào)節(jié)。
全文摘要
三足機器人，屬于機械控制領(lǐng)域。在的機身上水平間隔120°均勻固定有三個搖桿支架，搖桿通過搖桿轉(zhuǎn)軸固定在搖桿支架上，搖桿可以繞搖桿轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動；腿固定在搖桿上，且與搖桿無相對運動；一個鋁合金球形接頭通過小套筒連接在搖桿上；一個鋁合金球形接頭通過大套筒與曲柄連接；與搖桿上連接的鋁合金球形接頭和與曲柄連接的鋁合金球形接頭通過鋁合金球形接頭連桿相連；曲柄與電機的輸出軸相連；編碼器與電機的控制端相連，電源及控制電路與電機的電力輸入相連為電機供電。本發(fā)明運行穩(wěn)定，具有實用推廣價值，并能作為后續(xù)研究的基礎(chǔ)。
文檔編號B62D57/032GK102975785SQ20121049750
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月29日
發(fā)明者李清清, 余躍慶 申請人:北京工業(yè)大學(xué)