專利名稱：一種兩足步行的三角形機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種兩足步行機器人，具體涉及一種兩足步行的三角形機器人。
背景技術(shù)：
在兩足步行機器人領(lǐng)域，日本本田公司制造的"阿西莫"代表了兩足步行
仿人機器人的最高技術(shù)成就，它可以完成8字形行走、上下臺階、彎腰等各項 "復(fù)雜"動作，但該機器人功耗大，對控制的軟硬件各方面要求都很高。美國、 加拿大等多所世界著名大學(xué)針對兩足步行機器人功耗大的問題進(jìn)行了研究，加 拿大西蒙莎菲大學(xué)的TadMcGeer提出利用機器人自身重力和慣性作為動力實現(xiàn) 被動動力步行的設(shè)想，并且通過實驗樣機Dynamite驗證了該想法，美國的麻省 理工大學(xué)在McGeerde的被動動力步行思想的基礎(chǔ)上，在機器人的局部關(guān)節(jié)上增 加了動力，實現(xiàn)了平地行走。中國對兩足步行機器人進(jìn)行的研究，如哈爾濱工 業(yè)大學(xué)的四型仿人雙足步行機器人，全身有52個自由度，在運動速度和平衡性 方面優(yōu)于靜態(tài)行走機器人，已接近動態(tài)行走，但控制相當(dāng)復(fù)雜。中國專利 CN1819901A公開了雙足步行機器人的下半身模塊，兩條腿分別采用并聯(lián)機構(gòu)， 構(gòu)成并聯(lián)機構(gòu)的各個直線運動連桿是該機器人的驅(qū)動系統(tǒng)，這種結(jié)構(gòu)使各個桿 件有效的分擔(dān)了機器人的負(fù)載，但是它零件多，控制復(fù)雜。現(xiàn)有的兩足步行機 器人一般是仿人型的機器人，具有串聯(lián)的腿部結(jié)構(gòu)，自由度多，帶載能力有限， 采用旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上附加動力的驅(qū)動方式，對控制精度要求高。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型要解決的技術(shù)問題兩足步行機器人一般采用仿人型的機械結(jié)構(gòu)，機器人本體的零部件多，結(jié)構(gòu)、控制復(fù)雜，成本高，機器人的腿部一般采 用串聯(lián)結(jié)構(gòu)，在旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上附加動力進(jìn)行驅(qū)動，當(dāng)機器人本體較重，或者負(fù)載 較大的時候，對關(guān)節(jié)處的旋轉(zhuǎn)動力要求比較高，而且連桿對旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的角度誤 差具有放大效應(yīng)，不利于機器人控制精度的提高。 本實用新型的技術(shù)方案
一種兩足步行的三角形機器人，該機器人包括構(gòu)成三角形三邊的六個桿件， 左腿足外桿，右腿足外桿，左腿足內(nèi)桿，右腿足內(nèi)桿，橫桿外桿，橫桿內(nèi)桿，
其中左腿足外桿和左腿足內(nèi)桿構(gòu)成移動副作為三角形的一條側(cè)邊；右腿足外桿 和右腿足內(nèi)桿構(gòu)成移動副作為三角形的另一條側(cè)邊；左腿足外桿的橫桿、橫桿 外桿和橫桿內(nèi)桿構(gòu)成移動副作為三角形的底邊。
第一連接件形式上看作三角形頂角的頂點，第一連接件上的縱向孔與左腿 足內(nèi)桿的頂端橫桿上的縱向孔利用圓柱銷以轉(zhuǎn)動副的形式連接，該轉(zhuǎn)動副的軸 線在三角形平面內(nèi)，并且垂直于左腿足外桿的橫桿；第一連接件上的橫向孔與 右腿足內(nèi)桿末端上的孔利用圓柱銷以轉(zhuǎn)動副的形式連接，該轉(zhuǎn)動副的軸線垂直 于三角形平面。
第二連接件上的縱向孔與左腿足外桿的橫桿上的孔以轉(zhuǎn)動副的形式連接， 轉(zhuǎn)動副的軸線在三角形平面內(nèi)，并且垂直于左腿足外桿的橫桿，該轉(zhuǎn)動副上安 裝電機作為驅(qū)動，第二連接件上的橫向孔與橫桿外桿一端部的孔利用圓柱銷以 轉(zhuǎn)動副的形式連接，該轉(zhuǎn)動副的軸線垂直于三角形平面。
橫桿內(nèi)桿與右腿足外桿上的孔以轉(zhuǎn)動副的形式連接，該轉(zhuǎn)動副的軸線垂直 于三角形平面，轉(zhuǎn)動副的中心形式上是三角形一個底角的頂點。
所述的左腿足外桿由左桿、橫桿、U形桿固定連結(jié)而成，其中U形桿所在 平面是機器人的腳掌平面，左桿與U形桿的側(cè)邊垂直，左桿的一端固定在該側(cè)邊上，橫桿與左桿固定連接，橫桿平行于U形桿的底邊，橫桿與左桿所成角度 為e，P是銳角、直角或鈍角。
所述的右腿足外桿由右桿、U形桿固定連結(jié)而成，其中U形桿所在平面是 機器人的腳掌平面，右桿與U形桿的側(cè)邊垂直，右桿的一端固定在該側(cè)邊上，
右桿上加工出一個通孔，孔的軸線平行于腳掌平面且垂直于u形桿底邊。
所述的左腿足內(nèi)桿由頂端橫桿和左腿內(nèi)桿固定連接而成，頂端橫桿和左腿
內(nèi)桿的一端以180-P的角度固定連接在一起，在頂端橫桿的另一端，在左腿足 內(nèi)桿平面內(nèi)且垂直于頂端橫桿的方向上加工出一個通孔。
所述的左腿足外桿、右腿足外桿的腳掌的形狀為U形、S形、V形或C形。
本實用新型的有益效果本實用新型所述的兩足步行的三角形機器人避免
了仿人形機器人的腿部串聯(lián)結(jié)構(gòu)設(shè)計，機器人本體從整體上看是一個三角形， 采用了完全閉鏈的機械結(jié)構(gòu)，增加了機器人整體的剛度，當(dāng)機器人承受負(fù)載時， 各個桿件共同分擔(dān)負(fù)載，使機器人各構(gòu)件的受力分布更均勻，提高機器人本體 的負(fù)載能力，采用控制桿件長度實現(xiàn)機器人的步行與轉(zhuǎn)彎，有效地減小了桿件 長度對轉(zhuǎn)角驅(qū)動誤差的放大效應(yīng)，提高機器人控制精度，構(gòu)件少，結(jié)構(gòu)、控制 簡單。

圖1兩足步行的三角形機器人的整體三維圖(銳角三角形，U形腳)
圖2兩足步行的三角形機器人的整體三維圖(鈍角三角形，C形、S形腳)
圖3兩足步行的三角形機器人的整體三維圖(直角三角形，V形腳)
圖4第一連接件的三維圖
圖5第二連接件的三維圖
圖6胡克鉸的其他形式圖7電機的安裝圖
圖7A、圖7B、圖7C、圖7D、圖7E是兩足步行的三角形機器人的直行步態(tài) 的分解圖
圖7A直行步態(tài)的起始位姿 圖7B直行步態(tài)的右腿足外桿的抬起動作 圖7C直行步態(tài)的右腿足外桿的落地動作 圖7D直行步態(tài)的左腿足外桿的抬起動作 圖7E直行步態(tài)的左腿足外桿的落地動作
圖8A、圖8B、圖8C、圖8D、圖8E、圖8F、圖8G是兩足步行的三角形機 器人的轉(zhuǎn)彎步態(tài)的分解圖 圖8A轉(zhuǎn)彎步態(tài)的起始位姿 圖8B轉(zhuǎn)彎步態(tài)的右腿足外桿的抬起動作 圖8C轉(zhuǎn)彎步態(tài)的右腿足外桿抬起的轉(zhuǎn)彎動作 圖8D轉(zhuǎn)彎步態(tài)的右腿足外桿的落地動作 圖8E轉(zhuǎn)彎步態(tài)的左腿足外桿的抬起動作 圖8F轉(zhuǎn)彎步態(tài)的左腿足外桿抬起的轉(zhuǎn)彎動作 圖8G轉(zhuǎn)彎步態(tài)的左腿足外桿的落地動作
圖中左腿足外桿l、右腿足外桿2、左腿足內(nèi)桿3、右腿足內(nèi)桿4、橫桿外 桿5、橫桿內(nèi)桿6、第一連接件7a、第二連接件7b、圓柱銷8a、圓柱銷8b、圓 柱銷8c、圓柱銷8d、開口銷9a、開口銷9b、開口銷9c、開口銷9d、電機10、 橫桿la、右桿2a、左桿lb、頂端橫桿3a、左腿內(nèi)桿3b。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明。一種兩足步行的三角形機器人，該機器人包括構(gòu)成三角形三邊的六個桿件，
左腿足外桿l，右腿足外桿2，左腿足內(nèi)桿3，右腿足內(nèi)桿4，橫桿外桿5，橫桿 內(nèi)桿6，其中左腿足外桿1和左腿足內(nèi)桿3構(gòu)成移動副作為三角形的一條側(cè)邊； 右腿足外桿2和右腿足內(nèi)桿4構(gòu)成移動副作為三角形的另一條側(cè)邊；左腿足外 桿1的橫桿la、橫桿外桿5和橫桿內(nèi)桿6構(gòu)成移動副作為三角形的底邊。
第一連接件7a形式上看作三角形頂角的頂點，第一連接件7a上的縱向孔i 與左腿足內(nèi)桿3的頂端橫桿3a上的縱向孔利用圓柱銷8a以轉(zhuǎn)動副的形式連接， 該轉(zhuǎn)動副的軸線在三角形平面內(nèi)，并且垂直于左腿足外桿1的橫桿la;第一連 接件7a上的橫向孔j與右腿足內(nèi)桿4末端上的孔利用圓柱銷8b以轉(zhuǎn)動副的形式 連接，該轉(zhuǎn)動副的軸線垂直于三角形平面。第一連接件7a與左腿足內(nèi)桿3的頂 端橫桿3a和右腿足內(nèi)桿4的連接形式可以為胡克鉸的形式，見圖6。
第二連接件7b上的縱向孔g與左腿足外桿1的橫桿la上的孔以轉(zhuǎn)動副的 形式連接，轉(zhuǎn)動副的軸線在三角形平面內(nèi)，并且垂直于左腿足外桿1的橫桿la， 該轉(zhuǎn)動副上安裝電機10作為驅(qū)動，見圖7，第二連接件7b上的橫向孔h與橫桿 外桿5 —端部的孔利用圓柱銷8c以轉(zhuǎn)動副的形式連接，該轉(zhuǎn)動副的軸線垂直于 三角形平面。第二連接件7b與左腿足外桿1的橫桿la和橫桿外桿5的連接形 式可以為胡克鉸的形式，見圖6。
橫桿內(nèi)桿6與右腿足外桿2上的孔以轉(zhuǎn)動副的形式連接，該轉(zhuǎn)動副的軸線 垂直于三角形平面，轉(zhuǎn)動副的中心形式上是三角形一個底角的頂點。
所述的左腿足外桿l由左桿lb、橫桿la、 U形桿固定連結(jié)而成，其中U形 桿所在平面是機器人的腳掌平面，左桿1 b與U形桿的側(cè)邊垂直，左桿1b的一 端固定在該側(cè)邊上，橫桿la與左桿1 b固定連接，橫桿la平行于U形桿的底邊， 橫桿la與左桿lb所成角度為P， P是銳角，見圖l， P是直角，見圖3， e是鈍角，見圖2。
所述的右腿足外桿2由右桿2a、 U形桿固定連結(jié)而成，其中U形桿所在平 面是機器人的腳掌平面，右桿2a與U形桿的側(cè)邊垂直，右桿2a的一端固定在 該側(cè)邊上，右桿2a上加工出一個通孔，孔的軸線平行于腳掌平面且垂直于U形 桿底邊。
所述的左腿足內(nèi)桿3由頂端橫桿3a和左腿內(nèi)桿3b固定連接而成，頂端橫 桿3a和左腿內(nèi)桿3b的一端以180-e的角度固定連接在一起，在頂端橫桿3a的 另一端，在左腿足內(nèi)桿3平面內(nèi)且垂直于頂端橫桿3a的方向上加工出一個通孔。 所述的左腿足外桿l、右腿足外桿2的腳掌的形狀為U形，見圖l，為S形 和C形見圖2，為V形見圖3。
第一連接件7a與第二連接件7b的結(jié)構(gòu)完全相同，如附圖4、 5所示，都是 一個L型的金屬塊，在第一連接件7a的"L"的豎桿中心處垂直于"L"平面 的方向上設(shè)計一個通孔j;在第二連接件7b的"L"的豎桿中心處垂直于"L" 平面的方向上設(shè)計一個通孔h;在第一連接件7a的"L"的橫桿末端處，"L" 平面內(nèi)且垂直于橫桿的方向上加工一個通孔i，在第二連接件7b的"L"的橫 桿末端處，"L"平面內(nèi)且垂直于橫桿的方向上加工一個通孔g。
圓柱銷8a、 8b、 8c、 8d的結(jié)構(gòu)和尺寸完全相同。
具體的使用方法兩足步行的三角形機器人可以實現(xiàn)直行步態(tài)。首先兩足步 行的三角形機器人處于如附圖7A所示的直行步態(tài)的起始位姿，兩足都與地面接 觸；當(dāng)要直行的時候，以左腿足外桿1為支撐足，協(xié)調(diào)伸長三角形的三邊，實 現(xiàn)如附圖7B所示的右腿足外桿2的抬腿動作，以及如附圖7C所示的右腿足外 桿2的落地動作；當(dāng)右腿足外桿2的腳掌落地后，協(xié)調(diào)縮短三角形的三邊，實 現(xiàn)如附圖7D所示的左腿足外桿1的抬起動作，以及如附圖7E所示的左腿足外桿1的落地動作。這樣就實現(xiàn)了機器人的一個完整直行步態(tài)，圖7A、圖7B、圖 7C、圖7D、圖7E是兩足步行的三角形機器人的直行步態(tài)的分解圖。
兩足步行的三角形機器人也可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎步態(tài)。首先兩足步行的三角形機器 人處于如附圖8A所示的起始位姿，兩足都與地面接觸；當(dāng)要轉(zhuǎn)彎的時候，以左 腿足外桿1為支撐足，協(xié)調(diào)伸長三角形的三邊，抬起腿足外桿2，當(dāng)如附圖8B 所示左腿足外桿1上的豎直孔與左腿足內(nèi)桿3上的豎直孔共軸時，停止三角形 三邊的長度變化，起動電機IO，右腿足外桿2、右腿足內(nèi)桿4、橫桿外桿5、橫 桿內(nèi)桿6、第一連接件7a、第二連接件7b作為一個整體繞著公共的軸旋動到如 附圖8C所示的合適位置的時候，停止電機IO，然后繼續(xù)三角形三邊長度的變化， 使右腿足外桿2實現(xiàn)如附圖8D所示的落地動作，然后再以右腿足外桿2作為支 撐足，縮短三角形三邊長度，抬起腿足外桿l，當(dāng)達(dá)到如附圖8E所示的左腿足 外桿1上的豎直孔與左腿足內(nèi)桿3上的豎直孔再次共軸的時候，停止三角形三 邊長度的變化，起動電機10，可以使左腿足外桿1和左腿足內(nèi)桿3作為一個整 體繞著公共軸轉(zhuǎn)動，當(dāng)反向轉(zhuǎn)動相同的角度，實現(xiàn)如附圖8F所示的左腿足外桿 1和右腿足外桿2共面構(gòu)成一個三角形，停止電機10，繼續(xù)三角形三邊長度的 變化，使左腿足外桿1實現(xiàn)如附圖8G所示的落地動作，此時的三角形平面與原 來的三角形平面已經(jīng)有一定的角度了，循環(huán)幾次，機器人就實現(xiàn)了大幅度的轉(zhuǎn) 彎步態(tài)。圖8A、圖8B、圖8C、圖8D、圖8E、圖8F、圖8G是兩足步行的三 角形機器人的轉(zhuǎn)彎步態(tài)的分解圖。
權(quán)利要求1.一種兩足步行的三角形機器人，其特征在于該機器人包括構(gòu)成三角形三邊的六個桿件，左腿足外桿(1)，右腿足外桿(2)，左腿足內(nèi)桿(3)，右腿足內(nèi)桿(4)，橫桿外桿(5)，橫桿內(nèi)桿(6)，其中左腿足外桿(1)和左腿足內(nèi)桿(3)構(gòu)成移動副作為三角形的一條側(cè)邊；右腿足外桿(2)和右腿足內(nèi)桿(4)構(gòu)成移動副作為三角形的另一條側(cè)邊；左腿足外桿(1)的橫桿(1a)、橫桿外桿(5)和橫桿內(nèi)桿(6)構(gòu)成移動副作為三角形的底邊；第一連接件(7a)形式上看作三角形頂角的頂點，第一連接件(7a)上的縱向孔(i)與左腿足內(nèi)桿(3)的頂端橫桿(3a)上的縱向孔利用圓柱銷(8a)以轉(zhuǎn)動副的形式連接，該轉(zhuǎn)動副的軸線在三角形平面內(nèi)，并且垂直于左腿足外桿(1)的橫桿(1a)；第一連接件(7a)上的橫向孔(j)與右腿足內(nèi)桿(4)末端上的孔利用圓柱銷(8b)以轉(zhuǎn)動副的形式連接，該轉(zhuǎn)動副的軸線垂直于三角形平面；第二連接件(7b)上的縱向孔(g)與左腿足外桿(1)的橫桿(1a)上的孔以轉(zhuǎn)動副的形式連接，轉(zhuǎn)動副的軸線在三角形平面內(nèi)，并且垂直于左腿足外桿(1)的橫桿(1a)，該轉(zhuǎn)動副上安裝電機(10)作為驅(qū)動，第二連接件(7b)上的橫向孔(h)與橫桿外桿(5)一端部的孔利用圓柱銷(8c)以轉(zhuǎn)動副的形式連接，該轉(zhuǎn)動副的軸線垂直于三角形平面；橫桿內(nèi)桿(6)與右腿足外桿(2)上的孔以轉(zhuǎn)動副的形式連接，該轉(zhuǎn)動副的軸線垂直于三角形平面，轉(zhuǎn)動副的中心形式上是三角形一個底角的頂點。
2.如權(quán)利要求1所述的兩足步行的三角形機器人，其特征在于所述的左 腿足外桿(1)由左桿(lb)、橫桿(la)、 U形桿固定連結(jié)而成，其中U形桿所 在平面是機器人的腳掌平面，左桿(lb)與U形桿的側(cè)邊垂直，左桿(lb) 的一端固定在該側(cè)邊上，橫桿(la)與左桿(lb)固定連接，橫桿(la)平行于U形桿的底邊，橫桿(la)與左桿(lb)所成角度為3， P是銳角、直角或 鈍角。
3. 如權(quán)利要求1所述的兩足步行的三角形機器人，其特征在于所述的右腿足外桿(2)由右桿(2a)、 U形桿固定連結(jié)而成，其中U形桿所在平面是機 器人的腳掌平面，右桿(2a)與U形桿的側(cè)邊垂直，右桿(2a)的一端固定在 該側(cè)邊上，右桿(2a)上加工出一個通孔，孔的軸線平行于腳掌平面且垂直于U 形桿底邊。
4. 如權(quán)利要求1所述的兩足步行的三角形機器人，其特征在于所述的左 腿足內(nèi)桿(3)由頂端橫桿(3a)和左腿內(nèi)桿(3b)固定連接而成，頂端橫桿(3a) 和左腿內(nèi)桿(3b)的一端以180-e的角度固定連接在一起，在頂端橫桿(3a) 的另一端，在左腿足內(nèi)桿(3)平面內(nèi)且垂直于頂端橫桿(3a)的方向上加工出一個通孔。
5. 如權(quán)利要求2所述的兩足步行的三角形機器人，其特征在于所述的左腿足外桿(1)、右腿足外桿(2)的腳掌的形狀為U形、S形、V形或C形。
專利摘要一種兩足步行的三角形機器人，包括構(gòu)成三角形三邊的六個桿件及連接，其中左腿足外桿(1)和左腿足內(nèi)桿(3)構(gòu)成移動副作為三角形的一條側(cè)邊，右腿足外桿(2)和右腿足內(nèi)桿(4)構(gòu)成移動副作為三角形的另一條側(cè)邊，左腿足外桿(1)的橫桿(1a)、橫桿外桿(5)和橫桿內(nèi)桿(6)構(gòu)成移動副作為三角形的底邊。協(xié)調(diào)三邊長度，使左腿足外桿(1)和右腿足外桿(2)抬起、前伸、落地，實現(xiàn)直行，當(dāng)左腿足外桿(1)上的豎直孔與左腿足內(nèi)桿(3)上的豎直孔共軸時，停止邊長變化，起動電機(10)，實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。該實用新型采用閉鏈結(jié)構(gòu)，增加機器人剛度，提高負(fù)載能力；采用直線驅(qū)動，避免桿件長度對轉(zhuǎn)角驅(qū)動誤差的放大效應(yīng)；結(jié)構(gòu)、控制簡單。
文檔編號A63H11/18GK201362306SQ20092010637
公開日2009年12月16日 申請日期2009年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月18日
發(fā)明者劉長煥, 姚燕安, 郝艷玲, 郭建娟, 黃鐵球 申請人:北京交通大學(xué)