2d四足機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種2D四足機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)及其控制方法，該裝置包括一個(gè)滾珠絲桿，“人”字形結(jié)構(gòu)的拉絲，該絲桿固定在機(jī)器人上部平臺(tái)上，拉絲固定在兩腿之間，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)來(lái)拉動(dòng)。以及驅(qū)動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電機(jī)配有編碼器用來(lái)檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速。通過(guò)拉絲拉動(dòng)來(lái)限制兩腿之間的距離，改變步長(zhǎng)大小，通過(guò)一定的時(shí)間積累就可以到達(dá)轉(zhuǎn)彎的效果。該裝置是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，設(shè)計(jì)精巧的轉(zhuǎn)彎裝置，可以用較少的機(jī)械部件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎動(dòng)作，并且有效地解決了2D機(jī)器人轉(zhuǎn)彎以及轉(zhuǎn)彎不穩(wěn)定的狀況。
【專利說(shuō)明】
2D四足機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及機(jī)器人領(lǐng)域，具體是一種2D四足機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)及其控制方法，可 W用于康復(fù)醫(yī)療、玩具、軍事等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，機(jī)器人的研究在世界各國(guó)都是一個(gè)熱點(diǎn)，對(duì)2D足式機(jī)器人的研究更是如火 如茶，目前已面世2D足式機(jī)器人已經(jīng)取得了一定的成果，但也有明顯的缺點(diǎn)，特別是在轉(zhuǎn)彎 的控制結(jié)構(gòu)和方法上均存在一定的缺陷，例如，不同于3D足式機(jī)器人，2D足式機(jī)器人在結(jié)構(gòu) 上缺少髓關(guān)節(jié)的側(cè)向運(yùn)動(dòng)，因此2D雙足機(jī)器人一般無(wú)法正常實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎行走。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種簡(jiǎn)單、穩(wěn)定W及有效的能夠使2D四足機(jī)器人轉(zhuǎn)彎的裝 置及其控制方法，該裝置及控制方法可W實(shí)現(xiàn)2D四足機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：2D四足機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)，包括直 腿I、直腿Π 、直腿虹、直腿IV，W及設(shè)置于所述直腿I、直腿Π 、直腿虹和直腿IV上部的機(jī)器 人上部平臺(tái)，安裝于所述機(jī)器人上部平臺(tái)上的滾珠絲桿，聯(lián)軸器、電機(jī)、拉絲IW及拉絲Π ， 所述滾珠絲桿由螺桿、滾珠滑塊和滾珠構(gòu)成，滾珠隱含在所述滾珠滑塊與螺桿結(jié)合處，所述 螺桿通過(guò)聯(lián)軸器連接電機(jī)，在所述直腿I、直腿Π 、直腿虹和直腿IV上分別固定設(shè)置鎖扣I、 鎖扣Π 、鎖扣虹和鎖扣IV，所述拉絲I和拉絲Π 均呈"人"字形，拉絲I和拉絲Π 的上端分別固 定在滾珠滑塊上，拉絲I的兩下端分別固定在鎖扣I和鎖扣Π 上，拉絲Π 的兩下端分別固定 在鎖扣虹和鎖扣IV上。還包括與電機(jī)連接的編碼器，用于測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
[0005] 為了更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述呈"人"字形的拉絲I由兩根柔性鋼絲構(gòu)成，其中第一 條柔性鋼絲的長(zhǎng)度大于2D四足機(jī)器人同一側(cè)內(nèi)外直腿1/2處正常叉開(kāi)時(shí)的間隔距離擊，第 二條柔性鋼絲長(zhǎng)度大于左
岸中I為直腿長(zhǎng)度的據(jù)2，點(diǎn)為2D四足機(jī) 器人上部平臺(tái)長(zhǎng)度的"2,將第二條柔性鋼絲的一端固定在第一條柔性鋼絲的中點(diǎn);拉絲Π 的構(gòu)成方式與拉絲I相同。拉絲上端分別固定在滾珠滑塊的中點(diǎn)，拉絲下端分別固定在鎖扣 上，W此安裝在機(jī)器人上，拉絲I和拉絲Π 均處于細(xì)緊的狀態(tài)呈現(xiàn)"人"字形。
[0006] -種2D四足機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)的控制方法，包括2D四足機(jī)器人發(fā)出轉(zhuǎn)彎指令，控 制轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)滾珠滑塊向左或向右移動(dòng)，使得拉絲Π 或拉絲I向上拉緊 從而減小機(jī)器人右側(cè)或左側(cè)步長(zhǎng)，W使機(jī)器人兩側(cè)產(chǎn)生步長(zhǎng)差，進(jìn)而使得機(jī)器人向右或向 左轉(zhuǎn)彎。機(jī)器人初始狀態(tài)和機(jī)器人直行狀態(tài)下，滾珠滑塊位于螺桿中間。
[0007] 本發(fā)明的有益效果是:本2D四足機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)，通過(guò)簡(jiǎn)單的滾珠絲桿加拉絲 結(jié)構(gòu)，在確保機(jī)械系統(tǒng)低復(fù)雜度的情況下，控制2D四足機(jī)器人兩側(cè)腿部產(chǎn)生步長(zhǎng)差來(lái)實(shí)現(xiàn) 轉(zhuǎn)彎。
[000引本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說(shuō)明書中進(jìn)行闡述，并 且在某種程度上，基于對(duì)下文的研究對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見(jiàn)的，或者可w從 本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)可W通過(guò)下面的說(shuō)明書來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲 得。
【附圖說(shuō)明】
[0009] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合【附圖說(shuō)明】對(duì)本發(fā)明 作進(jìn)一步的闡述，其中： 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及其在2D四足機(jī)器人平臺(tái)上的安裝示意圖（正面）； 圖2是2D四足機(jī)器人利用本發(fā)明轉(zhuǎn)彎的狀態(tài)示意圖； 圖中：1-機(jī)器人上部平臺(tái)，2-滾珠絲桿，3-螺桿，4-滾珠滑塊，5-聯(lián)軸器，6-電機(jī)，7-編碼 器，8-拉絲Π ，9-鎖扣IV，10-鎖扣虹，11-直腿IV，12-直腿虹，13-直腿Π ，14-直腿I，15-鎖扣 1，16-鎖扣11，17-拉絲1。
【具體實(shí)施方式】
[0010] W下將參照附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實(shí)施例 僅為了說(shuō)明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0011] 本發(fā)明所適用的2D四足機(jī)器人為采用分叉腿結(jié)構(gòu)的足式機(jī)器人，如圖1和圖2所 示。參見(jiàn)圖1，2D四足機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)，包括直腿114、直腿Π 13、直腿虹12、直腿IV11，W及 設(shè)置于所述直腿114、直腿Π 13、直腿虹12和直腿IV11上部的機(jī)器人上部平臺(tái)1，其特征在 于:還包括安裝于所述機(jī)器人上部平臺(tái)1上的滾珠絲桿2,聯(lián)軸器5、電機(jī)6、拉絲I17W及拉絲 Π 8，所述滾珠絲桿2由螺桿3、滾珠滑塊4和滾珠構(gòu)成，所述螺桿3通過(guò)聯(lián)軸器5連接電機(jī)6，在 所述直腿114、直腿Π 13、直腿虹12和直腿IV11上分別固定設(shè)置鎖扣115、鎖扣Π 16、鎖扣虹 10和鎖扣IV9,各鎖扣固定后不能沿腿部上下移動(dòng);所述拉絲117和拉絲Π 8均呈"人"字形， 二者的結(jié)構(gòu)互為鏡像，拉絲117和拉絲Π 8的上端分別固定在滾珠滑塊4上，拉絲117的兩下 端分別固定在鎖扣115和鎖扣Π 16上，拉絲Π 8的兩下端分別固定在鎖扣虹10和鎖扣IV9上。
[0012] 所述滾珠滑塊4為滾珠絲桿2-部分可在螺桿3上線性移動(dòng);所述滾珠隱含在滾珠 滑塊4與螺桿3結(jié)合處，且可沿著螺桿3滾動(dòng);所述電機(jī)6帶有編碼器7,通過(guò)編碼器7測(cè)出電機(jī) 6的轉(zhuǎn)速W便機(jī)器人控制器采用PID閉環(huán)控制算法控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。
[0013] 整個(gè)轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)按照?qǐng)D1的方式安裝在2D四足機(jī)器人平臺(tái)上，且滾珠絲桿與機(jī)器人 的四足保持垂直;安裝完畢后滾珠絲桿上的滾珠滑塊初始情況下處于螺桿的中點(diǎn)，此時(shí)拉 絲I和拉絲Π 均處于細(xì)緊的狀態(tài)呈現(xiàn)"人"字形狀態(tài)如圖1所示，機(jī)器人可正常直行。
[0014] 本發(fā)明2D四足機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)按如下控制方法控制機(jī)器人轉(zhuǎn)彎： 1、 初始情況，即2D四足機(jī)器人處于直行狀態(tài)，此時(shí)滾珠絲桿上的滾珠滑塊處于螺桿中 點(diǎn)處，拉絲I和拉絲Π 均細(xì)緊;機(jī)器人兩側(cè)步長(zhǎng)相等，即：腿I和腿Π 間于下端處的距離與與 腿虹和腿IV間于下端處的距離&滿足等式接二皆； 2、 機(jī)器人控制器發(fā)出轉(zhuǎn)彎指令，控制系統(tǒng)采用PID控制算法驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)的電機(jī)順時(shí) 針或逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)滾珠絲桿的螺桿順時(shí)針或逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)； 3、 螺桿順時(shí)針或逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)滾珠滑塊向左或向右移動(dòng)機(jī)器人正面朝向 為前方），滾珠滑塊移動(dòng)方向與螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)方向的對(duì)應(yīng)關(guān)系按轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)的具體安裝方式?jīng)Q定； 4、 滾珠滑塊向左(或向右)移動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)拉絲I向上拉緊(或拉絲Π 向上拉緊）（W圖1 面向文檔一面為機(jī)器人正面），于是減小機(jī)器人右側(cè)（或左側(cè)）的步長(zhǎng)，而機(jī)器人左側(cè)（或右 偵D步長(zhǎng)不變，于是機(jī)器人左右兩側(cè)腿出現(xiàn)步長(zhǎng)差，當(dāng)機(jī)器人兩側(cè)步長(zhǎng)差達(dá)到一定值時(shí)，電 機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)； 5、 機(jī)器人W上述狀態(tài)繼續(xù)行走，由于兩側(cè)步長(zhǎng)差的原因機(jī)器人行走的路線為向右(或 向左)彎曲的弧線，從而實(shí)現(xiàn)右轉(zhuǎn)(或左轉(zhuǎn)）； 6、 機(jī)器人控制器發(fā)出直行指令，轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)使得滾珠絲桿的滾珠滑塊移動(dòng)到 螺桿中點(diǎn)處，直流電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)回到初始狀態(tài)，機(jī)器人直行。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.2D四足機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)，包括直腿I (14)、直腿π (13 )、直腿虹（12)、直腿IV (11)， W及設(shè)置于所述直腿1(14)、直腿Π (13)、直腿虹（12)和直腿IV(ll)上部的機(jī)器人上部平臺(tái) (1)，其特征在于:還包括安裝于所述機(jī)器人上部平臺(tái)（1)上的滾珠絲桿(2)，聯(lián)軸器巧）、電 機(jī)(6)、拉絲I (17) W及拉絲Π (8)，所述滾珠絲桿(2)由螺桿(3)、滾珠滑塊(4)和滾珠構(gòu)成， 所述螺桿(3)通過(guò)聯(lián)軸器巧)連接電機(jī)(6)，在所述直腿1(14)、直腿Π (13)、直腿虹（12)和直 腿IV (11)上分別固定設(shè)置鎖扣I (15)、鎖扣Π (16)、鎖扣虹（10)和鎖扣IV (9)，所述拉絲I (17)和拉絲Π (8)均呈"人"字形，拉絲1(17)和拉絲Π (8)的上端分別固定在滾珠滑塊(4) 上，拉絲I (17)的兩下端分別固定在鎖扣I (15)和鎖扣Π (16)上，拉絲Π (8)的兩下端分別固 定在鎖扣虹（10)和鎖扣IV(9)上。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述2D四足機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述呈"人"字形的拉絲 1(17)由兩根柔性鋼絲構(gòu)成，其中第一條柔性鋼絲的長(zhǎng)度大于2D四足機(jī)器人同一側(cè)內(nèi)外直 腿1/2處正常叉開(kāi)時(shí)的間隔距離法，第二條柔性鋼絲長(zhǎng)度大于其中《為直腿長(zhǎng)度的1/2，格為2D四足機(jī)器人上部平臺(tái)長(zhǎng)度的^ ]，將第二條柔性鋼絲的一 端固定在第一條柔性鋼絲的中點(diǎn);拉絲Π (8)的構(gòu)成方式與拉絲1(17)相同。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述2D四足機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)，其特征在于:還包括與電機(jī)(6)連 接的編碼器(7)，用于測(cè)量電機(jī)(6)的轉(zhuǎn)速。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述2D四足機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述滾珠隱含在所述滾 珠滑塊(4 )與螺桿(3 )結(jié)合處。5. -種2D四足機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)的控制方法，其特征在于:包括2D四足機(jī)器人發(fā)出轉(zhuǎn) 彎指令，控制轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)的電機(jī)(6)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)滾珠滑塊(4)向左或向右移動(dòng)，使得拉絲Π (8)或拉絲1(17)向上拉緊從而減小機(jī)器人右側(cè)或左側(cè)步長(zhǎng)，W使機(jī)器人兩側(cè)產(chǎn)生步長(zhǎng)差， 進(jìn)而使得機(jī)器人向右或向左轉(zhuǎn)彎。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述2D四足機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)的控制方法，其特征在于:機(jī)器人直行 狀態(tài)下，滾珠滑塊(4)位于螺桿(3)中間。
【文檔編號(hào)】B62D57/032GK105835982SQ201610219590
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年4月11日
【發(fā)明人】李清都, 冷潔, 楊芳艷, 金雪亮, 唐春茂, 延明珠, 周雪卿
【申請(qǐng)人】重慶郵電大學(xué)