機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，它包括左前腿、右前腿、左后腿、右后腿、左前腳、右前腳、左后腳和右后腳，它還包括連接板、第一連桿和第二連桿，所述的左前腿的上端和左后腿的上端相鉸接，所述的右前腿的上端和右后腿的上端相鉸接，連接板的兩側(cè)分別與左前腿和右前腿相鉸接，第一連桿和第二連桿的一端分別與連接板的兩側(cè)相鉸接，第一連桿和第二連桿的另一端分別與左后腿和右后腿相鉸接，左前腿和右前腿的上端端部之間連接有固定桿，固定桿上設(shè)有用于驅(qū)動(dòng)連接板上下翻轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)裝置，所述的左前腳、右前腳、左后腳和右后腳均設(shè)有可上下伸縮的插桿。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單而且在泥地、沙地中行走時(shí)不容易摔倒。
【專利說明】機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前的兩足步行機(jī)器人或是四足步行機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)一般都比較復(fù)雜，而且這些機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)一般無法適應(yīng)泥地、沙地等路況，這些機(jī)器人在泥地、沙地中行走時(shí)比較容易摔倒。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供結(jié)構(gòu)簡單而且在泥地、沙地中行走時(shí)不容易摔倒的機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，它包括左前腿、右前腿、左后腿、右后腿、連接在左前腿下端的左前腳、連接在右前腿下端的右前腳、連接在左后腿下端的左后腳和連接在右后腿下端的右后腳，它還包括連接板、第一連桿和第二連桿，所述的左前腿的上端和左后腿的上端相鉸接，所述的右前腿的上端和右后腿的上端相鉸接，連接板的兩側(cè)分別與左前腿和右前腿相鉸接，第一連桿和第二連桿的一端分別與連接板的兩側(cè)相鉸接，第一連桿和第二連桿的另一端分別與左后腿和右后腿相鉸接，左前腿和右前腿的上端端部之間連接有固定桿，固定桿上設(shè)有用于驅(qū)動(dòng)連接板上下翻轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)裝置，所述的左前腳、右前腳、左后腳和右后腳均包括電磁鐵、復(fù)位彈簧、由電磁鐵和復(fù)位彈簧控制而上下伸縮的插桿，驅(qū)動(dòng)裝置和電磁鐵分別通過電控部件與一控制器電連接。
[0005]作為優(yōu)選，所述的連接板的兩側(cè)分別與左前腿和右前腿相鉸接是指連接板的一端的兩側(cè)分別與左前腿和右前腿相鉸接，第一連桿和第二連桿的一端分別與連接板的兩側(cè)相鉸接是指第一連桿和第二連桿的一端分別與連接板的中部的兩側(cè)相鉸接。
[0006]作為優(yōu)選，所述的驅(qū)動(dòng)裝置包括步進(jìn)電機(jī)、萬向聯(lián)軸器和絲杠組件，絲杠組件包括相配合的螺桿和螺母，步進(jìn)電機(jī)的輸出軸通過萬向聯(lián)軸器與螺桿的一端連接，螺桿的另一端與螺母螺紋連接，螺母鉸接在連接板的一端。
[0007]作為優(yōu)選，所述的連接板的靠近左后腿和右后腿的一端面設(shè)有缺口，連接板的上表面的位于缺口兩側(cè)的位置分別設(shè)有一個(gè)安裝座，螺母設(shè)于缺口上方并且螺母的兩端分別與兩個(gè)安裝座可轉(zhuǎn)動(dòng)連接。
[0008]本發(fā)明還提供了一種機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的控制方法，它包括以下步驟:
(1)、控制器控制左前腳和右前腳中的電磁鐵得電，使得左前腳和右前腳中的插桿向下伸出而插入地面，使得左前腳和右前腳被固定；控制器控制左后腳和右后腳中的電磁鐵失電，使得左后腳和右后腳中的插桿由于受到復(fù)位彈簧的作用向上回縮而脫離地面，使得左后腳和右后腳可以移動(dòng)；
(2)、控制器控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn),步進(jìn)電機(jī)通過絲杠組件使得連接板向上翻轉(zhuǎn)，連接板通過第一連桿和第二連桿帶動(dòng)左后腿和右后腿向前移動(dòng)； (3 )、控制器控制左后腳和右后腳中的電磁鐵得電，使得左后腳和右后腳中的插桿向下伸出而插入地面，使得左后腳和右后腳被固定；
(4)、控制器控制左前腳和右前腳中的電磁鐵失電，使得左前腳和右前腳中的插桿向上回縮而脫離地面，使得左前腳和右前腳可以移動(dòng)；
(5)、控制器控制步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn),步進(jìn)電機(jī)通過絲杠組件使得連接板向下翻轉(zhuǎn)，連接板帶動(dòng)左前腿和右前腿向前移動(dòng)；
(6)、返回步驟I并按上述步驟繼續(xù)執(zhí)行。
[0009]本發(fā)明機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)及其控制方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn):
一、只需要一個(gè)步進(jìn)電機(jī)即可帶動(dòng)該機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)行走，而且結(jié)構(gòu)簡單，零部件較少，使得制造方便，成本低。
[0010]二、本發(fā)明在使用時(shí)，可以通過插桿向下伸出插入地面而使得左前腳和右前腳或左后腳和右后腳被固定，也就是說當(dāng)左后腳和右后腳向前移動(dòng)時(shí)，左前腳和右前腳被固定，當(dāng)左前腳和右前腳向前移動(dòng)時(shí)，左后腳和右后腳被固定，使得該機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)在泥地、沙地中行走時(shí)不容易摔倒。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的俯視圖；
圖3是本發(fā)明機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的側(cè)視圖；
圖4是圖3中A的放大圖；
圖5是本發(fā)明機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的另一實(shí)施例的側(cè)視圖；
圖6是圖5中B的放大圖。
[0012]其中，1、左前腿；2、右前腿；3、左后腿；4、右后腿；501、左前腳；502、右前腳；503、左后腳；504、右后腳；6、連接板;601、缺口 ;7、第一連桿；8、第二連桿；9、固定桿;10、步進(jìn)電機(jī)；11、萬向聯(lián)軸器；12、螺桿；13、螺母；14、安裝座；15、電磁鐵；16、插桿；17、復(fù)位彈簧；18、底座；19、通孔；20、底板；21、擋板；22、圓錐形部分；23、鋼釘。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。
[0014]由圖1、圖2、圖3、圖4所示，本發(fā)明機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)包括左前腿1、右前腿2、左后腿3、右后腿4、連接在左前腿I下端的左前腳501、連接在右前腿2下端的右前腳502、連接在左后腿3下端的左后腳503和連接在右后腿4下端的右后腳504，左前腳501為鉸接在左前腿I的下端并可通過鎖緊螺母鎖緊，右前腳502為鉸接在右前腿2的下端并可通過鎖緊螺母鎖緊，左后腳503為鉸接在右后腿3的下端并可通過鎖緊螺母鎖緊，右后腳504為鉸接在右后腿4的下端并可通過鎖緊螺母鎖緊，也就是說可以調(diào)整左前腳501、右前腳502、左后腳503、右后腳504的角度，以適應(yīng)上坡、下坡等路況，左前腳501和左前腿I的連接處、右前腳502和右前腿2的連接處、左后腳503和右后腿3的連接處、右后腳504和右后腳504的連接處均設(shè)有限位機(jī)構(gòu)，使得左前腳501、右前腳502、左后腳503、右后腳504調(diào)整角度時(shí)只能在前后30度的角度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)。[0015]所述的機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)還包括連接板6、第一連桿7和第二連桿8，所述的左前腿I的上端和左后腿3的上端相鉸接，所述的右前腿2的上端和右后腿4的上端相鉸接，連接板6的兩側(cè)分別與左前腿I和右前腿2相鉸接，第一連桿7和第二連桿8的一端分別與連接板6的兩側(cè)相鉸接，第一連桿7和第二連桿8的另一端分別與左后腿3和右后腿4相鉸接，左前腿I和右前腿2的上端端部之間連接有固定桿9，固定桿9上設(shè)有用于驅(qū)動(dòng)連接板6上下翻轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)裝置，所述的左前腳501、右前腳502、左后腳503和右后腳504均包括電磁鐵15、復(fù)位彈簧17、由電磁鐵15和復(fù)位彈簧17控制而上下伸縮的插桿16，驅(qū)動(dòng)裝置和電磁鐵501分別通過電控部件與一控制器電連接，所述的復(fù)位彈簧17為拉簧，插桿16為鐵制的，如圖4所不,所述的電磁鐵15設(shè)置于一底座18上,底座18上設(shè)有上下貫通的通孔19,底座18的下端設(shè)有底板20，插桿16垂直設(shè)置并穿設(shè)于底板20上，復(fù)位彈簧17的一端與底板20的下端面相連接，復(fù)位彈簧17的另一端與插桿16的下端相連接，插桿16的上端與電磁鐵15相接觸，插桿16的上端設(shè)有擋板21，擋板21可在通孔19內(nèi)上下滑動(dòng)，當(dāng)擋板21滑動(dòng)到底板20上端面時(shí)，擋板21停止滑動(dòng)，使得插桿16停止向下伸出，插桿16的下端為尖削的圓錐形部分22，圓錐形部分22加工方便，以便于在插桿16向下伸出時(shí)插入泥地、沙地中，當(dāng)電磁鐵15通電時(shí)，插桿16受到電磁鐵15的排斥力作用而向下伸出，當(dāng)電磁鐵15斷電時(shí)，插桿由于受到復(fù)位彈簧17的拉力作用而向上回縮。
[0016]參照圖5、圖6所示，也可以在插桿16的下端設(shè)置多根豎直向下設(shè)置的鋼釘23，在插桿16向下伸出時(shí)，鋼釘23可以更容易插入泥土、沙地中。
[0017]所述的連接板6的兩側(cè)分別與左前腿I和右前腿2相鉸接是指連接板6的一端的兩側(cè)分別與左前腿I和右前腿2相鉸接，第一連桿7和第二連桿8的一端分別與連接板6的兩側(cè)相鉸接是指第一連桿7和第二連桿8的一端分別與連接板6的中部的兩側(cè)相鉸接，這樣的結(jié)構(gòu)，使得連接板6的長度較短，使得該機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的整體體積較小。
[0018]所述的驅(qū)動(dòng)裝置包括步進(jìn)電機(jī)10、萬向聯(lián)軸器11和絲杠組件，絲杠組件包括相配合的螺桿12和螺母13，步進(jìn)電機(jī)10的輸出軸通過萬向聯(lián)軸器11與螺桿12的一端連接，螺桿12的另一端與螺母13螺紋連接，螺母13鉸接在連接板6的一端，所述的步進(jìn)電機(jī)通過步進(jìn)電機(jī)控制器與控制器電連接，所述的電磁鐵501通過繼電器與控制器電連接，所述的控制器為PLC，控制器通過步進(jìn)電機(jī)控制器控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，控制器通過繼電器控制電磁鐵15的得電和失電。
[0019]所述的連接板6的靠近左后腿3和右后腿4的一端面設(shè)有缺口 601，連接板6的上表面的位于缺口 601兩側(cè)的位置分別設(shè)有一個(gè)安裝座14，螺母13設(shè)于缺口 601上方并且螺母13的兩端分別與兩個(gè)安裝座14可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，通過萬向聯(lián)軸器11來連接步進(jìn)電機(jī)10的輸出軸和螺桿12，使得在連接桿6上下翻轉(zhuǎn)改變角度時(shí)，步進(jìn)電機(jī)10的輸出軸始終可以傳遞扭矩到螺桿12，而且由于螺母13的兩端分別與兩個(gè)安裝座14可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，使得螺母13可以相對于連接板6轉(zhuǎn)動(dòng)，也就是當(dāng)連接板6上下翻轉(zhuǎn)時(shí)，螺母13可以不斷調(diào)節(jié)角度和螺桿12相配合，再則，由于螺母13設(shè)于缺口 601上方，也就使得在連接板6上下翻轉(zhuǎn)時(shí)，螺桿12可以穿過缺口 601，可以避免在連接板6上下翻轉(zhuǎn)時(shí)，連接板6碰撞到螺桿12.上述機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的控制方法，通過以下步驟實(shí)現(xiàn):
(I )、控制器控制左前腳和右前腳中的電磁鐵得電，使得左前腳和右前腳中的插桿向下伸出而插入地面，使得左前腳和右前腳被固定；控制器控制左后腳和右后腳中的電磁鐵失電，使得左后腳和右后腳中的插桿由于受到復(fù)位彈簧的作用向上回縮而脫離地面，使得左后腳和右后腳可以移動(dòng)；
(2)、控制器控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn),步進(jìn)電機(jī)通過絲杠組件使得連接板向上翻轉(zhuǎn)，連接板通過第一連桿和第二連桿帶動(dòng)左后腿和右后腿向前移動(dòng)，當(dāng)連接板向上翻轉(zhuǎn)時(shí)，左前腿和左后腿之間、右前腿和右后腿之間呈收攏的趨勢，而此時(shí)由于左前腳和右前腳被固定無法移動(dòng)，使得左前腿和右前腿無法移動(dòng)，這就使得左后腿和右后腿向著左前腿和右前腿的方向移動(dòng)，也就使得左后腿和右后腿向前移動(dòng)了 ；
(3)、當(dāng)左后腿和右后腿向前移動(dòng)一定距離后，控制器控制左后腳和右后腳中的電磁鐵得電，使得左后腳和右后腳中的插桿向下伸出而插入地面，使得左后腳和右后腳被固定；
(4)、控制器控制左前腳和右前腳中的電磁鐵失電，使得左前腳和右前腳中的插桿向上回縮而脫離地面，使得左前腳和右前腳可以移動(dòng)；
(5)、控制器控制步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn),步進(jìn)電機(jī)通過絲杠組件使得連接板向下翻轉(zhuǎn),連接板帶動(dòng)左前腿和右前腿向前移動(dòng)，當(dāng)連接板向下翻轉(zhuǎn)時(shí)，左前腿和左后腿之間、右前腿和右后腿之間呈張開的趨勢，而此時(shí)由于左后腳和右后腳被固定無法移動(dòng)，使得左后腿和右后腿無法移動(dòng)，這就使得左前腿和右前腿向前移動(dòng)了 ；
(6)、返回步驟I并按上述步驟繼續(xù)執(zhí)行。
[0020]控制器控制電磁鐵得電和失電是通過發(fā)送信號到連接在相應(yīng)的電磁鐵的供電回路上的繼電器來實(shí)現(xiàn)，控制器控制繼電器閉合，則與該繼電器對應(yīng)的電磁鐵得電，控制器控制繼電器斷開，則與該繼電器對應(yīng)的電磁鐵失電，控制器控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)是通過發(fā)送信號到步進(jìn)電機(jī)控制器來實(shí)現(xiàn)。
[0021]以上僅就本發(fā)明應(yīng)用較佳的實(shí)例做出了說明，但不能理解為是對權(quán)利要求的限制，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)可以有其他變化，不局限于上述結(jié)構(gòu)?？傊?，凡在本發(fā)明的獨(dú)立權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)所作的各種變化均在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，它包括左前腿(I)、右前腿(2)、左后腿(3)、右后腿(4)、連接在左前腿(I)下端的左前腳(501)、連接在右前腿(2)下端的右前腳(502)、連接在左后腿(3)下端的左后腳(503)和連接在右后腿(4)下端的右后腳(504)，其特征在于:它還包括連接板(6)、第一連桿(7)和第二連桿(8)，所述的左前腿(I)的上端和左后腿(3)的上端相鉸接，所述的右前腿(2)的上端和右后腿(4)的上端相鉸接，連接板(6)的兩側(cè)分別與左前腿(I)和右前腿(2)相鉸接，第一連桿(7)和第二連桿(8)的一端分別與連接板(6)的兩側(cè)相鉸接，第一連桿(7)和第二連桿(8)的另一端分別與左后腿(3)和右后腿(4)相鉸接，左前腿(I)和右前腿(2)的上端端部之間連接有固定桿(9)，固定桿(9)上設(shè)有用于驅(qū)動(dòng)連接板(6)上下翻轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)裝置，所述的左前腳(501)、右前腳(502)、左后腳(503)和右后腳(504)均包括電磁鐵(15)、復(fù)位彈簧(17)、由電磁鐵(15)和復(fù)位彈簧(17)控制而上下伸縮的插桿(16),驅(qū)動(dòng)裝置和電磁鐵(501)分別通過電控部件與一控制器電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述的連接板(6)的兩側(cè)分別與左前腿(I)和右前腿(2)相鉸接是指連接板(6)的一端的兩側(cè)分別與左前腿(I)和右前腿(2)相鉸接，第一連桿(7)和第二連桿(8)的一端分別與連接板(6)的兩側(cè)相鉸接是指第一連桿(7)和第二連桿(8)的一端分別與連接板(6)的中部的兩側(cè)相鉸接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述的驅(qū)動(dòng)裝置包括步進(jìn)電機(jī)(10)、萬向聯(lián)軸器(11)和絲杠組件，絲杠組件包括相配合的螺桿(12)和螺母(13)，步進(jìn)電機(jī)(10)的輸出軸通過萬向聯(lián)軸器(11)與螺桿(12)的一端連接，螺桿(12)的另一端與螺母(13 )螺紋連接，螺母(13 )鉸接在連接板(6 )的一端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述的連接板(6)的靠近左后腿(3)和右后腿(4)的一端面 設(shè)有缺口(601)，連接板(6)的上表面的位于缺口(601)兩側(cè)的位置分別設(shè)有一個(gè)安裝座(14)，螺母(13)設(shè)于缺口(601)上方并且螺母(13)的兩端分別與兩個(gè)安裝座(14)可轉(zhuǎn)動(dòng)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述的插桿(16)的下端為尖削的圓錐形部分(22)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述的插桿(16)的下端設(shè)有多根豎直向下設(shè)置的鋼釘(23)。
7.一種基于權(quán)利要求1至6所述的任意一項(xiàng)的機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的控制方法，其特征在于，它包括以下步驟: (I )、控制器控制左前腳和右前腳中的電磁鐵得電，使得左前腳和右前腳中的插桿向下伸出而插入地面，使得左前腳和右前腳被固定；控制器控制左后腳和右后腳中的電磁鐵失電，使得左后腳和右后腳中的插桿由于受到復(fù)位彈簧的作用向上回縮而脫離地面，使得左后腳和右后腳可以移動(dòng)； (2)、控制器控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn),步進(jìn)電機(jī)通過絲杠組件使得連接板向上翻轉(zhuǎn)，連接板通過第一連桿和第二連桿帶動(dòng)左后腿和右后腿向前移動(dòng)； (3)、控制器控制左后腳和右后腳中的電磁鐵得電，使得左后腳和右后腳中的插桿向下伸出而插入地面，使得左后腳和右后腳被固定； (4)、控制器控制左前腳和右前腳中的電磁鐵失電，使得左前腳和右前腳中的插桿向上回縮而脫離地面，使得左前腳和右前腳可以移動(dòng)；(5 )、控制器控制步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，步進(jìn)電機(jī)通過絲杠組件使得連接板向下翻轉(zhuǎn)，連接板帶動(dòng)左前腿和右前腿向前移動(dòng)； (6)、返回步驟(1) 并按上述步驟繼續(xù)執(zhí)行。
【文檔編號】B62D57/032GK103625571SQ201310581782
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月20日
【發(fā)明者】張智煥 申請人:浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院