国产精品1024永久观看,大尺度欧美暖暖视频在线观看,亚洲宅男精品一区在线观看,欧美日韩一区二区三区视频,2021中文字幕在线观看

  • <option id="fbvk0"></option>
    1. <rt id="fbvk0"><tr id="fbvk0"></tr></rt>
      <center id="fbvk0"><optgroup id="fbvk0"></optgroup></center>
      <center id="fbvk0"></center>

      <li id="fbvk0"><abbr id="fbvk0"><dl id="fbvk0"></dl></abbr></li>

      一種六足機器人及足部控制方法和步態(tài)控制方法

      文檔序號:10501613閱讀:502來源:國知局
      一種六足機器人及足部控制方法和步態(tài)控制方法
      【專利摘要】本發(fā)明公開了一種六足機器人及足部控制方法和步態(tài)控制方法。該包括軀干及在軀干兩側(cè)對稱設(shè)置的行走機構(gòu)(前足、中足和后足)。行走機構(gòu)包括:胯關(guān)節(jié)直線油缸、螺旋擺動油缸、大腿、軸、膝關(guān)節(jié)直線油缸、膝關(guān)節(jié)軸、膝關(guān)節(jié)擺動盤、擋油板、軸承、連接法蘭、小腿、腳掌及緊固件等。根據(jù)不同的步態(tài)控制胯關(guān)節(jié)直線油缸、螺旋擺動油缸、膝關(guān)節(jié)直線油缸之間的協(xié)調(diào)工作,實現(xiàn)行走機構(gòu)(前足、中足和后足)的行走動作,從而越過復(fù)雜的地形。
      【專利說明】
      一種六足機器人及足部控制方法和步態(tài)控制方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      [0001]本發(fā)明屬于機器人領(lǐng)域,特別是涉及一種六足機器人及足部控制方法和步態(tài)控制方法。
      【背景技術(shù)】
      [0002]隨著科技進(jìn)步,機器人技術(shù)的飛速發(fā)展,其應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣。作為移動機器人的重要成員,多足步行機器人主要被應(yīng)用于以下幾個領(lǐng)域,其一是遠(yuǎn)程勘探,如火山勘探,太空探索,海底探索;其二是危險環(huán)境,如核電站或高輻射環(huán)境,礦業(yè)勘探和開發(fā),排雷排爆,災(zāi)區(qū)重建,搜救,戰(zhàn)區(qū);此外還有工地現(xiàn)場,如伐木及運輸?shù)裙こ填I(lǐng)域。在以后的發(fā)展中,多足步行機器人必將在更多的領(lǐng)域大放異彩。
      [0003]移動機器人通常可分為輪式移動機器人和多足步行機器人。到目前為止,雖然輪式移動機器人占主導(dǎo)地位,但是其通病是只能應(yīng)用于相對平坦的地面,這就導(dǎo)致在部分區(qū)域傳統(tǒng)的輪式移動機器人難以抵達(dá)。即便是世界上最先進(jìn)的越野車,也只能越過一般崎嶇的區(qū)域,而且能耗巨大,還會對地形、環(huán)境造成破壞。
      [0004]多足步行機器人在自然地形下優(yōu)越的機動性顯而易見,因為它們的運動只需要離散的落足點作為支撐點,而不像輪式移動機器人那樣只能在連續(xù)的支撐面上運動。即便是在柔軟的地表行走,多足步行機器人也能利用其落足點離散的特性以較低的能耗運動。此夕卜,利用其多自由度的特性,多足步行機器人能輕而易舉的實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)彎;通過重心高度的實時調(diào)整,多足步行機器人能降低與不規(guī)則地形間的沖擊,甚至可以與地面間斷性的緊貼,從而增加其負(fù)載能力同時提高其運動穩(wěn)定性。
      [0005]多足機器人雖然具有諸多優(yōu)點,但在非結(jié)構(gòu)化境下難以用特定的數(shù)據(jù)去描述障礙物特征,其工作仍面臨許多挑戰(zhàn),為了提高多足機器人的地形適應(yīng)及越障能力,就需要從機構(gòu)學(xué)角度、足部控制方法和步態(tài)時序方面研究更加靈活、可靠的機器人行走裝置。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0006]為了提高多足機器人的地形適應(yīng)及越障能力,本發(fā)明提供一種六足機器人及足部控制方法和步態(tài)控制方法。
      [0007]為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用如下技術(shù)方法:六足機器人包括軀干及在軀干兩側(cè)對稱設(shè)置的行走機構(gòu)(前足、中足和后足)。行走機構(gòu)包括:胯關(guān)節(jié)直線油缸、螺旋擺動油缸、大腿、軸、膝關(guān)節(jié)直線油缸、膝關(guān)節(jié)軸、膝關(guān)節(jié)擺動盤、擋油板、軸承、連接法蘭、小腿、腳掌及緊固件等。下面對行走機構(gòu)的具體工作原理作闡述:螺旋擺動油缸通過其上的耳軸和軀干鉸接,另一端通過軸和胯關(guān)節(jié)直線油缸鉸接,胯關(guān)節(jié)直線油缸的另一端通過軸和軀干鉸接,各鉸接處形成可以自由轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動副,胯關(guān)節(jié)直線油缸根據(jù)機器人的運動需要,在油壓的驅(qū)動下,帶動螺旋擺動油缸繞其上的鉸接耳軸擺動,從而帶動行走機構(gòu)(前足、中足和后足)在主機左右方向擺動,實現(xiàn)轉(zhuǎn)向;大腿通過緊固件和螺旋擺動油缸內(nèi)部的擺動軸端面緊固,螺旋擺動油缸在油壓的作用下,其內(nèi)部的擺動軸相對于外殼轉(zhuǎn)動,從而帶動大腿、小腿等在前后方向運動;膝關(guān)節(jié)直線油缸安裝于大腿內(nèi)部,膝關(guān)節(jié)軸的兩側(cè),其一端通過軸和大腿鉸接,形成轉(zhuǎn)動副,另一端通過軸和膝關(guān)節(jié)擺動盤鉸接,形成轉(zhuǎn)動副,膝關(guān)節(jié)擺動盤對稱中心處有正六邊形孔,膝關(guān)節(jié)軸和膝關(guān)節(jié)擺動盤配合處截面同為正六邊形,兩者配合到一起,使其不能在周向產(chǎn)生相對運動,膝關(guān)節(jié)軸兩端用安裝于大腿上的軸承支撐,膝關(guān)節(jié)軸和連接法蘭配合處的截面為正六邊形,膝關(guān)節(jié)軸和連接法蘭中心處的正六邊形孔配合,進(jìn)而限制兩者在周向的運動,小腿通過緊固件和連接法蘭緊固,膝關(guān)節(jié)直線油缸在油壓的作用下伸縮運動,驅(qū)動膝關(guān)節(jié)擺動盤繞其中心轉(zhuǎn)動,進(jìn)而通過膝關(guān)節(jié)軸、連接法蘭將扭矩傳遞給小腿,實現(xiàn)小腿在前后方向的運動;根據(jù)不同的步態(tài)控制胯關(guān)節(jié)直線油缸、螺旋擺動油缸、膝關(guān)節(jié)直線油缸之間的協(xié)調(diào)工作,實現(xiàn)行走機構(gòu)(前足、中足和后足)的行走動作,通過各行走機構(gòu)之間的協(xié)調(diào)工作,從而可以越過各種復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)化環(huán)境;連接法蘭、擋油板、大腿及膝關(guān)節(jié)軸之間形成的型腔用于儲存潤滑脂潤滑軸承;為了減小機器人和地面之間的接觸壓強,提高地形適應(yīng)能力,在小腿下端安裝了腳掌,腳掌和小腿之間通過軸鉸接。
      [0008]為了使行走機構(gòu)靈活運動,下面根據(jù)行走機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點及其工作原理闡述各足控制方法:情況一,六足機器人直行的過程中,前足各關(guān)節(jié)動作順序一致(僅存在步態(tài)時序差,即左前足和右前足存在先后動作的情況),中足和后足各關(guān)節(jié)動作順序一致(僅存在步態(tài)時序差)。機器人向前直行的過程中,以左前足各關(guān)節(jié)的動作順序與控制原理為例闡述前足的工作過程:由螺旋擺動油缸驅(qū)動大腿順時針轉(zhuǎn)動,完成抬大腿的動作,完成抬大腿之后,在膝關(guān)節(jié)直線油缸的驅(qū)動下踢小腿(順時針轉(zhuǎn)動),再由螺旋擺動油缸驅(qū)動大腿逆時針轉(zhuǎn)動直至腳掌觸地(此時完成跨步),接下來,小腿在膝關(guān)節(jié)直線油缸的驅(qū)動下逆時針轉(zhuǎn)動,小腿在逆時針轉(zhuǎn)動的過程中,大腿在螺旋擺動油缸的驅(qū)動下作逆時針動作,始終保持腳掌觸地(此時完成一步的跨步、行走);機器人向前直行的過程中,以左后足各關(guān)節(jié)的動作順序與控制原理為例闡述中足、后足的工作過程:膝關(guān)節(jié)直線油缸驅(qū)動小腿順時針轉(zhuǎn)動,到預(yù)定位置后,螺旋擺動油缸驅(qū)動大腿順時針轉(zhuǎn)動,到預(yù)定位置后,膝關(guān)節(jié)直線油缸驅(qū)動小腿逆時針轉(zhuǎn)動,腳掌觸地后,螺旋擺動油缸驅(qū)動大腿逆時針轉(zhuǎn)動,同時,膝關(guān)節(jié)直線油缸驅(qū)動小腿逆時針轉(zhuǎn)動,始終保持腳掌觸地。當(dāng)六足機器人向反方向直線行走的情況下,前足和中足、后足各關(guān)節(jié)動作順序互換。情況二,六足機器人在轉(zhuǎn)向的過程中,行走機構(gòu)所包含的前足和后足動作原理一致,下面以左前足向左轉(zhuǎn)向的工作過程作簡要闡述:螺旋擺動油缸驅(qū)動大腿抬腿(逆時針轉(zhuǎn)動),胯關(guān)節(jié)直線油缸驅(qū)動螺旋擺動油缸繞其上的耳軸轉(zhuǎn)動,使得左前足向左移動,到預(yù)定位置后,螺旋擺動油缸驅(qū)動大腿落腿(順時針轉(zhuǎn)動),使得腳掌觸地,然后,胯關(guān)節(jié)直線油缸驅(qū)動螺旋擺動油缸繞其上的耳軸轉(zhuǎn)動,使得左前足向右移動,在移動的過程中,始終保持腳掌觸地;六足機器人在轉(zhuǎn)向的過程中,中足的腳掌和地面接觸的工況下,胯關(guān)節(jié)直線油缸處于浮動狀態(tài),使得中足在左右方向的移動是跟隨主機的需要從動,在中足在左右方向的跨步過程中,胯關(guān)節(jié)直線油缸驅(qū)動螺旋擺動油缸繞其上的耳軸轉(zhuǎn)動,調(diào)節(jié)中足使其在豎直方向。
      [0009]為了使行走機構(gòu)之間協(xié)調(diào)動作,在六足機器人直行的過程中,假設(shè)步距為A1(指支撐相時足端相對于機體在前后方向移動的距離),由于機器人向前直行和向后直行步態(tài)原理一致(都是通過支撐相時足端相對于機體在前后方向移動的距離為節(jié)點控制各足之間的動作順序,向前行走和向后行走僅跨步方向相反,各足動作順序一致,步態(tài)時序差均為1/5λι),下面以機器人向前行走為例,闡述各足步態(tài)之間的關(guān)系:在初始狀態(tài),行走機構(gòu)(前足、中足、后足)的腳掌位于,準(zhǔn)備行走前,機器人原地調(diào)整各足腳掌和地面接觸的位置,為了便于理解跨步過程,規(guī)定跨步動作是各足完成從OA^IjU1的過程。動作一:原地調(diào)整各足姿態(tài),此時,左前足位于&處、右中足位于4/5&處、左后足位于3/5&處、右前足位于2/5A1、左中足位于ΙΛλ!#、右后足位于OA1處;動作二:在各關(guān)節(jié)油缸的協(xié)調(diào)驅(qū)動下(前足、中足、左后足和地面接觸驅(qū)動機體向前移動),左前足移動至VSA1*、右中足移動至3/δλ!處、左后足移動至2/5λι處、右如足移動至1/5λι、左中足移動至Ολι處、右后足抬足跨步至λι處;動作三:在各關(guān)節(jié)油缸的協(xié)調(diào)驅(qū)動下(前足、右中足、后足和地面接觸驅(qū)動機體向前移動),左前足移動至3/5λ^、右中足移動至2/5λ^、左后足移動至1/5λ^、右前足移動至(^、左中足抬足跨步至&處、右后足移動至4/5Μ處;動作四:在各關(guān)節(jié)油缸的協(xié)調(diào)驅(qū)動下(左前足、中足、后足和地面接觸驅(qū)動機體向前移動),左前足移動至2/51!*、右中足移動至Ι/δλ!處、左后足移動至Ολι處、右如足抬足跨步至λι、左中足移動至4/5λι處、右后足移動至3/5λι處;動作五:在各關(guān)節(jié)油缸的協(xié)調(diào)驅(qū)動下(前足、中足、右后足和地面接觸驅(qū)動機體向前移動),左如足移動至I/5λι處、右中足移動至Ολι處、左后足抬足跨步至λι處、右肖U足移動至4/5λι、左中足移動至3/5&處、右后足移動至2/5Μ處;動作六:在各關(guān)節(jié)油缸的協(xié)調(diào)驅(qū)動下(前足、左中足、后足和地面接觸驅(qū)動機體向肖U移動),左肖U足移動至0λ處、右中足抬足跨步至λ處、左后足移動至4/51!#、右前足移動至3/51!、左中足移動至2/51!#、右后足移動至Ι/δλ!處;動作七:在各關(guān)節(jié)油缸的協(xié)調(diào)驅(qū)動下(前足、左中足、后足和地面接觸驅(qū)動機體向前移動),左如足抬足跨步至λι處、右中足移動至4/5λι處、左后足移動至3/5λι處、右肖U足移動至2/5入1、左中足移動至I/5λι處、右后足移動至Ολι處(此時彳丁走機構(gòu)完成 ^完整的足循環(huán),機體重心向前移動A1的距離)。
      [0010]為了使行走機構(gòu)之間協(xié)調(diào)動作,在六足機器人原地轉(zhuǎn)向的過程中,假設(shè)步距為λ2(指支撐相時足端相對于機體在左右方向移動的距離),由于機器人向左轉(zhuǎn)向和向右轉(zhuǎn)向步態(tài)原理一致(都是通過支撐相時足端相對于機體在左右方向移動的距離為節(jié)點控制各足之間的動作順序,向左轉(zhuǎn)向和向右轉(zhuǎn)向僅跨步方向相反,各足動作順序一致,步態(tài)時序差均為1/5λ2),下面以機器人向左轉(zhuǎn)向為例,闡述各足步態(tài)之間的關(guān)系:在初始狀態(tài),行走機構(gòu)(前足、中足、后足)的腳掌位于1/2&處,規(guī)定行走機構(gòu)在右極限位置為0λ2,左極限位置為λ2。動作一:原地調(diào)整各足姿態(tài),此時,左前足位于&處、右中足浮動(胯關(guān)節(jié)直線油缸不具有約束作用)、左后足位于4/5&處、右前足位于2/5λ2、左中足浮動(胯關(guān)節(jié)直線油缸不具有約束作用)、右后足位于1/5λ2處;動作二:在各關(guān)節(jié)油缸的協(xié)調(diào)驅(qū)動下(前足、左中足、后足和地面接觸驅(qū)動機體向左轉(zhuǎn)動),左前足移動至4/5&處、右中足跨步至1/2&處、左后足移動至入2處、右前足移動至1/5λ2、左中足浮動、右后足移動至2/5λ2處;動作三:在各關(guān)節(jié)油缸的協(xié)調(diào)驅(qū)動下(前足、中足、右后足和地面接觸驅(qū)動機體向左轉(zhuǎn)動),左前足移動至3/5&處、右中足浮動、左后足跨步至0λ2處、右如足移動至0λ2、左中足浮動、右后足移動至3/5λ2處;動作四:在各關(guān)節(jié)油缸的協(xié)調(diào)驅(qū)動下(左前足、中足、后足和地面接觸驅(qū)動機體向左轉(zhuǎn)動),左前足移動至2/5λ2處、右中足浮動、左后足跨步至I/5λ2處、右如足跨步至λ2、左中足浮動、右后足移動至4/5λ2處;動作五:在各關(guān)節(jié)油缸的協(xié)調(diào)驅(qū)動下(前足、右中足、后足和地面接觸驅(qū)動機體向左轉(zhuǎn)動),左如足移動至1/5λ2處、右中足浮動、左后足跨步至2/5λ2處、右肖U足移動至4/5λ2、左中足跨步至1/2λ2、右后足移動至λ2處;動作六:在各關(guān)節(jié)油缸的協(xié)調(diào)驅(qū)動下(前足、中足、左后足和地面接觸驅(qū)動機體向左轉(zhuǎn)動),左如足移動至0λ2處、右中足浮動、左后足跨步至3/5λ2處、右如足移動至3/5λ2、左中足浮動、右后足跨步至Ολ2處;動作七:在各關(guān)節(jié)油缸的協(xié)調(diào)驅(qū)動下(右前足、中足、后足和地面接觸驅(qū)動機體向左轉(zhuǎn)動),左前足跨步至λ2處、右中足浮動、左后足跨步至4/5λ2處、右如足移動至2/5λ2、左中足浮動、右后足移動至1/5入2處;(此時行走機構(gòu)完成一個完整的足循環(huán)動作)。
      [0011]為了使機器人能夠應(yīng)用于工程領(lǐng)域,就需要較強的負(fù)重的能力,因此各關(guān)節(jié)采用液壓元件驅(qū)動,為了較小的空間輸出較大的扭矩,胯關(guān)節(jié)的擺動采用螺旋擺動油缸驅(qū)動,根據(jù)空間特點,小腿采用兩個膝關(guān)節(jié)直線油缸驅(qū)動,兩油缸的對稱布置,增加了驅(qū)扭矩的同時,避免了因單個油缸驅(qū)動軸承受力過大導(dǎo)致?lián)p壞的現(xiàn)象;為了使行走更加平穩(wěn)、承載力大,就需要多足同時觸地,因此采用各足依次動作的控制方法。
      【附圖說明】
      [0012]圖1是六足機器人的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
      [0013]圖2是軀干101的結(jié)構(gòu)示意圖。
      [0014]圖3是行走機構(gòu)102的結(jié)構(gòu)示意圖。
      [0015]圖4是螺旋擺動油缸的三維示意圖。
      [0016]圖5是行走機構(gòu)102局部三維示意圖。
      [0017]圖6是行走機構(gòu)102的正視圖。
      [0018]圖7是沿圖6中F—F線的剖視圖。
      [0019I圖8是行走機構(gòu)102的結(jié)構(gòu)示意圖。
      [0020]圖9各足動作順序及步態(tài)示意簡圖。
      [0021]圖10直行動作一步態(tài)時序圖。
      [0022]圖11直行動作二步態(tài)時序圖。
      [0023]圖12直行動作三步態(tài)時序圖。
      [0024]圖13直行動作四步態(tài)時序圖。
      [0025]圖14直行動作五步態(tài)時序圖。
      [0026]圖15直行動作六步態(tài)時序圖。
      [0027]圖16直行動作七步態(tài)時序圖。
      [0028]圖17左轉(zhuǎn)動作一步態(tài)時序圖。
      [0029]圖18左轉(zhuǎn)動作二步態(tài)時序圖。
      [0030]圖19左轉(zhuǎn)動作三步態(tài)時序圖。
      [0031]圖20左轉(zhuǎn)動作四步態(tài)時序圖。
      [0032]圖21左轉(zhuǎn)動作五步態(tài)時序圖。
      [0033]圖22左轉(zhuǎn)動作六步態(tài)時序圖。
      [0034]圖23左轉(zhuǎn)動作七步態(tài)時序圖。
      【具體實施方式】
      [0035]附圖標(biāo)記說明:
      101.軀干102.行走機構(gòu)103.前足104.中足105.后足Α.胯關(guān)節(jié)B.膝關(guān)節(jié)
      1.胯關(guān)節(jié)直線油缸2.軸3.螺旋擺動油缸4.大腿5.小腿6.腳掌7.緊固件 8.擺動軸9.外殼10.耳軸11.膝關(guān)節(jié)直線油缸12.膝關(guān)節(jié)擺動盤13.膝關(guān)節(jié)軸
      14.軸承15.連接法蘭16.擋油板
      下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進(jìn)一步說明。
      [0036]—種六足機器人包括軀干101及在軀干101兩側(cè)對稱設(shè)置的行走機構(gòu)102(前足
      103、中足104和后足105)。行走機構(gòu)102包括:胯關(guān)節(jié)直線油缸1、軸2、螺旋擺動油缸3、大腿
      4、小腿5、腳掌6、緊固件7、膝關(guān)節(jié)直線油缸11、膝關(guān)節(jié)擺動盤12、膝關(guān)節(jié)軸13、軸承14、連接法蘭15及擋油板16等。行走機構(gòu)102的結(jié)構(gòu)、工作原理一致,下面對其具體的工作原理作詳細(xì)闡述:螺旋擺動油缸3通過其上的耳軸10和軀干101鉸接,另一端通過軸2和胯關(guān)節(jié)直線油缸I鉸接,胯關(guān)節(jié)直線油缸I的另一端通過軸2和軀干101鉸接,各鉸接處形成可以自由轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動副,胯關(guān)節(jié)直線油缸I根據(jù)機器人的運動需要,在油壓的驅(qū)動下,帶動螺旋擺動油缸3繞其上的鉸接耳軸10擺動,從而帶動行走機構(gòu)102(前足103、中足104和后足105)在主機左右方向擺動運動,實現(xiàn)轉(zhuǎn)向;大腿4通過緊固件7和螺旋擺動油缸3內(nèi)部的擺動軸8端面緊固,螺旋擺動油缸3在油壓的作用下,其內(nèi)部的擺動軸8相對于外殼9擺動,從而帶動大腿4、小腿5等在前后方向運動;膝關(guān)節(jié)直線油缸11安裝于大腿4內(nèi)部,膝關(guān)節(jié)軸13的兩側(cè),其一端通過軸2和大腿4鉸接,形成轉(zhuǎn)動副,另一端通過軸2和膝關(guān)節(jié)擺動盤12鉸接,形成轉(zhuǎn)動副,膝關(guān)節(jié)擺動盤12對稱中心處有正六邊形孔,膝關(guān)節(jié)軸13和膝關(guān)節(jié)擺動盤12配合處截面同為正六邊形,兩者配合到一起,使其不能在周向產(chǎn)生相對運動,膝關(guān)節(jié)軸13兩端用安裝于大腿4上的軸承14支撐,膝關(guān)節(jié)軸13和連接法蘭15配合處的截面為正六邊形,膝關(guān)節(jié)軸13和連接法蘭15中心處的正六邊形孔配合,進(jìn)而限制兩者在周向的運動,小腿5通過緊固件7和連接法蘭15緊固,膝關(guān)節(jié)直線油缸11在油壓的作用下伸縮運動,驅(qū)動膝關(guān)節(jié)擺動盤12繞其中心轉(zhuǎn)動,進(jìn)而通過膝關(guān)節(jié)軸13、連接法蘭15將扭矩傳遞給小腿5,實現(xiàn)小腿5在前后方向的運動;根據(jù)不同的步態(tài)控制胯關(guān)節(jié)直線油缸1、螺旋擺動油缸3、膝關(guān)節(jié)直線油缸11之間的協(xié)調(diào)工作,實現(xiàn)行走機構(gòu)102(前足103、中足104和后足105)的行走動作,通過各行走機構(gòu)102之間的協(xié)調(diào)工作,從而可以越過各種復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)化環(huán)境;連接法蘭15、擋油板16、大腿4及膝關(guān)節(jié)軸13之間形成的型腔用于儲存潤滑脂潤滑軸承14;為了減小機器人和地面之間的接觸壓強,提高地形適應(yīng)能力,在小腿5下端安裝了腳掌6,腳掌6和小腿5之間通過軸2鉸接。
      [0037]六足機器人各關(guān)節(jié)采用油缸驅(qū)動具有較強的負(fù)重能力??桕P(guān)節(jié)在前后方向的擺動采用螺旋擺動油缸驅(qū)動,其特點是能夠輸出較大的扭矩、零泄漏,因此能夠長時間鎖定某個姿態(tài),并且負(fù)重能力強;根據(jù)空間特點,小腿采用兩個膝關(guān)節(jié)直線油缸驅(qū)動,兩油缸的對稱布置,增加了驅(qū)扭矩的同時,避免了因單個油缸驅(qū)動軸承受力過大導(dǎo)致?lián)p壞的現(xiàn)象。
      [0038]下面章節(jié)對六足機器人行走機構(gòu)各關(guān)節(jié)動作順序(單足行走原理)及各足之間的步態(tài)時序進(jìn)行詳細(xì)說明,為了便于闡述,如圖9,規(guī)定前足103的左前足標(biāo)記為a、右前足標(biāo)記為b,中足104的左中足標(biāo)記為c、右中足標(biāo)記為d,后足105的左后足標(biāo)記為e、右后足標(biāo)記為
      fo
      [0039]為了使行走機構(gòu)102(前足103、中足104和后足105)靈活運動,下面根據(jù)行走機構(gòu)102的結(jié)構(gòu)特點及其工作原理闡述控制方法:情況一,六足機器人直行的過程中,前足103各關(guān)節(jié)動作順序一致(僅存在步態(tài)時序差,即左前足a和右前足b存在先后動作的情況),中足104和后足105各關(guān)節(jié)動作順序一致(僅存在步態(tài)時序差)。機器人向前直行的過程中,以左前足a各關(guān)節(jié)的動作順序與控制原理為例闡述前足103的工作過程:由螺旋擺動油缸3驅(qū)動大腿4順時針轉(zhuǎn)動,完成大腿4的抬腿動作(螺旋擺動油缸3行程結(jié)束),完成抬大腿4的動作之后,在膝關(guān)節(jié)直線油缸11的驅(qū)動下踢小腿5至豎直狀態(tài)(順時針轉(zhuǎn)動),再由螺旋擺動油缸3驅(qū)動大腿4逆時針轉(zhuǎn)動直至腳掌6觸地(此時完成跨步),接下來,小腿5在膝關(guān)節(jié)直線油缸11的驅(qū)動下逆時針轉(zhuǎn)動至和水平地面之間的夾角為45°,小腿5在逆時針轉(zhuǎn)動的過程中,大腿4在螺旋擺動油缸3的驅(qū)動下作逆時針動作,始終保持腳掌6觸地(此時完成一步的跨步、行走);機器人向前直行的過程中,以左后足e各關(guān)節(jié)的動作順序與控制原理為例闡述中足
      104、后足105的工作過程:膝關(guān)節(jié)直線油缸11驅(qū)動小腿5順時針轉(zhuǎn)動至和水平地面之間的夾角為45°,到該位置后,螺旋擺動油缸3驅(qū)動大腿4順時針轉(zhuǎn)動至螺旋擺動油缸3行程結(jié)束,到該位置后,膝關(guān)節(jié)直線油缸11驅(qū)動小腿5逆時針轉(zhuǎn)動至腳掌6觸地,然后,螺旋擺動油缸3驅(qū)動大腿4逆時針轉(zhuǎn)動,同時,膝關(guān)節(jié)直線油缸11驅(qū)動小腿5逆時針轉(zhuǎn)動至豎直狀態(tài),始終保持腳掌6觸地。當(dāng)六足機器人向反方向直線行走的情況下,前足103和中足104、后足105各關(guān)節(jié)動作順序互換(即六足機器人向前直行與向后直行足部控制方法的區(qū)別是前足103的工作步驟和中足104、后足105的工作步驟互換)。情況二,六足機器人在轉(zhuǎn)向的過程中,行走機構(gòu)102所包含的前足103和后足105動作原理一致,下面以左前足a向左轉(zhuǎn)向的工作過程作闡述:螺旋擺動油缸3驅(qū)動大腿4抬腿至螺旋擺動油缸3行程結(jié)束(逆時針轉(zhuǎn)動),胯關(guān)節(jié)直線油缸I驅(qū)動螺旋擺動油缸3繞其上的耳軸10轉(zhuǎn)動,使得左前足a向左移動,直至胯關(guān)節(jié)直線油缸I行程結(jié)束,螺旋擺動油缸3驅(qū)動大腿4落腿(順時針轉(zhuǎn)動),使得腳掌6觸地,然后,胯關(guān)節(jié)直線油缸I驅(qū)動螺旋擺動油缸3繞其上的耳軸10轉(zhuǎn)動,使得左前足a向右移動,至胯關(guān)節(jié)直線油缸(I)行程結(jié)束,在移動的過程中,始終保持腳掌6觸地;六足機器人在轉(zhuǎn)向的過程中,中足104的腳掌6和地面接觸的工況下,胯關(guān)節(jié)直線油缸I處于浮動狀態(tài),使得中足104在左右方向的移動是跟隨主機的需要從動,當(dāng)中足104在左右方向的跨步過程中,胯關(guān)節(jié)直線油缸I驅(qū)動螺旋擺動油缸3繞其上的耳軸10轉(zhuǎn)動,調(diào)節(jié)中足104使其在豎直方向。
      [0040]為了使行走機構(gòu)102之間協(xié)調(diào)動作,就需要規(guī)劃各足之間的步態(tài)時序,在六足機器人直行的過程中,假設(shè)步距為A1(指支撐相時足端相對于機體在前后方向移動的距離),由于機器人向前直行和向后直行步態(tài)原理一致(都是通過支撐相時足端相對于機體在前后方向移動的距離為節(jié)點控制各足之間的動作順序,向前行走和向后行走僅跨步方向相反,各足動作順序一致,步態(tài)時序差均為1/5&),下面以機器人向前行走為例,闡述各足步態(tài)之間的關(guān)系:在初始狀態(tài),行走機構(gòu)102(前足103、中足104、后足105)的腳掌6位于IAA1*,準(zhǔn)備行走前,機器人原地調(diào)整各足腳掌和地面接觸的位置,為了便于理解跨步過程,規(guī)定跨步動作是各足完成從OA^IjU1的過程。動作一(圖,10):原地調(diào)整各足姿態(tài),左前足a調(diào)整至A1處、右中足d調(diào)整至4/51!#、左后足e調(diào)整至3/51!#、右前足b調(diào)整至2/51!、左中足c調(diào)整至1/5λι處、右后足f調(diào)整至(^!處;動作二(圖11):在各關(guān)節(jié)油缸的協(xié)調(diào)驅(qū)動下(前足103、中足104、左后足e和地面接觸驅(qū)動機體向前移動),左前足a移動至VSA1*、右中足d移動至3/δλ!處、左后足e移動至2/5λι處、右如足b移動至I/5λι、左中足c移動至Ολι處、右后足f抬足跨步至λι處;動作三(圖12):在各關(guān)節(jié)油缸的協(xié)調(diào)驅(qū)動下(前足103、右中足d、后足105和地面接觸驅(qū)動機體向前移動),左前足a移動至3/51!#、右中足d移動至2/51!#、左后足e移動至處、右如足b移動至Ολι、左中足c抬足跨步至λι處、右后足f移動至4/5λι處;動作四(圖13):在各關(guān)節(jié)油缸的協(xié)調(diào)驅(qū)動下(左前足a、中足104、后足105和地面接觸驅(qū)動機體向前移動),左BU足a移動至2/5λι處、右中足d移動至1/5λι處、左后足e移動至Ολι處、右肖U足b抬足跨步至λι、左中足c移動至4/5λι處、右后足f移動至3/5λι處;動作五(圖14):在各關(guān)節(jié)油缸的協(xié)調(diào)驅(qū)動下(前足103、中足104、右后足f和地面接觸驅(qū)動機體向前移動),左前足a移動至l/δλ!處、右中足d移動至Ολι處、左后足e抬足跨步至λι處、右如足b移動至4/5λι、左中足c移動至3/5λι處、右后足f移動至2/5λι處;動作八(圖15):在各關(guān)節(jié)油缸的協(xié)調(diào)驅(qū)動下(如足103、左中足c、后足105和地面接觸驅(qū)動機體向肖U移動),左肖U足a移動至0λ處、右中足d抬足跨步至λ處、左后足e移動至4/51!#、右前足b移動至3/51!、左中足c移動至2/51!#、右后足f移動至1/5λι處;動作七(圖16):在各關(guān)節(jié)油缸的協(xié)調(diào)驅(qū)動下(右前足b、中足104、后足105和地面接觸驅(qū)動機體向肖U移動),左肖U足a抬足跨步至λι處、右中足d移動至4/5λι處、左后足e移動至3/5λι處、右前足b移動至2/51!、左中足c移動至Ι/δλχ#、右后足f移動至(^!處(此時行走機構(gòu)完成一個完整的足循環(huán),機體重心向前移動A1的距離)。
      [0041]為了使行走機構(gòu)之間協(xié)調(diào)動作,在六足機器人原地轉(zhuǎn)向的過程中,假設(shè)步距為λ2(指支撐相時足端相對于機體在左右方向移動的距離),由于機器人向左轉(zhuǎn)向和向右轉(zhuǎn)向步態(tài)原理一致(都是通過支撐相時足端相對于機體在左右方向移動的距離為節(jié)點控制各足之間的動作順序,向左轉(zhuǎn)向和向右轉(zhuǎn)向僅跨步方向相反,各足動作順序一致,步態(tài)時序差均為1/5λ2),下面以機器人向左轉(zhuǎn)向為例,闡述各足步態(tài)之間的關(guān)系:在初始狀態(tài),行走機構(gòu)102(前足103、中足104、后足105)的腳掌6位于1/2λ2處,規(guī)定行走機構(gòu)102在右極限位置為O入2,左極限位置為λ2(圖9)。動作一(圖17):原地調(diào)整各足姿態(tài),此時,左前足a位于λ2處、右中足d浮動(胯關(guān)節(jié)直線油缸I不具有約束作用)、左后足e位于4/5&處、右前足b位于2/5λ2、左中足c浮動(胯關(guān)節(jié)直線油缸I不具有約束作用)、右后足f位于1/5λ2處;動作二(圖18):在各關(guān)節(jié)油缸的協(xié)調(diào)驅(qū)動下(前足103、左中足C、后足105和地面接觸驅(qū)動機體向左轉(zhuǎn)動),左前足a移動至4/5λ2處、右中足d跨步至1/2λ2處、左后足e移動至λ2處、右前足b移動至1/5入2、左中足c浮動、右后足f移動至2/5λ2處;動作二(圖19):在各關(guān)節(jié)油缸的協(xié)調(diào)驅(qū)動下(BU足103、中足104、右后足f和地面接觸驅(qū)動機體向左轉(zhuǎn)動),左前足a移動至3/5λ2處、右中足d浮動、左后足e跨步至0λ2處、右如足b移動至0λ2、左中足c浮動、右后足f移動至3/5λ2處;動作四(圖20):在各關(guān)節(jié)油缸的協(xié)調(diào)驅(qū)動下(左如足a、中足104、后足105和地面接觸驅(qū)動機體向左轉(zhuǎn)動),左如足a移動至2/5λ2處、右中足d浮動、左后足e跨步至1/5λ2處、右肖U足b跨步至λ2、左中足c浮動、右后足f移動至4/5λ2處;動作五(圖21):在各關(guān)節(jié)油缸的協(xié)調(diào)驅(qū)動下(如足103、右中足d、后足105和地面接觸驅(qū)動機體向左轉(zhuǎn)動),左前足a移動至1/5λ2處、右中足d浮動、左后足e跨步至2/5λ2處、右如足b移動至4/5λ2、左中足c跨步至1/2λ2、右后足f移動至λ〗處;動作六(圖22):在各關(guān)節(jié)油缸的協(xié)調(diào)驅(qū)動下(前足103、中足104、左后足e和地面接觸驅(qū)動機體向左轉(zhuǎn)動),左如足a移動至0λ2處、右中足d浮動、左后足e跨步至3/5λ2處、右肖U足b移動至3/5λ2、左中足c浮動、右后足f跨步至0λ2處;動作七(圖23):在各關(guān)節(jié)油缸的協(xié)調(diào)驅(qū)動下(右BU足b、中足104、后足105和地面接觸驅(qū)動機體向左轉(zhuǎn)動),左肖U足a跨步至λ2處、右中足d浮動、左后足e跨步至4/5λ2處、右如足b移動至2/5λ2、左中足c浮動、右后足f移動至1/5λ2處;(此時行走機構(gòu)102完成一個完整的足循環(huán)動作)。
      【主權(quán)項】
      1.一種六足機器人,包括軀干(101)及在軀干(101)兩側(cè)對稱布置的三對行走機構(gòu)(102),其特征在于:三對行走機構(gòu)(102)分別是前足(103)、中足(104)和后足(105)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種六足機器人,其特征在于:所述的行走機構(gòu)(102)在六足機器人左右方向的擺動由胯關(guān)節(jié)直線油缸(1)驅(qū)動;行走機構(gòu)(102)的大腿(4)在六足機器人前后方向的擺動由螺旋擺動油缸(3)驅(qū)動;行走機構(gòu)(102)的小腿(5)在六足機器人前后方向的擺動由膝關(guān)節(jié)直線油缸(11)驅(qū)動。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種六足機器人,其特征在于:所述的螺旋擺動油缸(3)通過其上的耳軸(10)和軀干(101)鉸接,另一端通過軸(2)和胯關(guān)節(jié)直線油缸(1)鉸接,胯關(guān)節(jié)直線油缸(1)的另一端通過軸(2)和軀干(101)鉸接。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種六足機器人,其特征在于:所述的大腿(4)通過緊固件(7)和螺旋擺動油缸(3)內(nèi)部的擺動軸(8)端面緊固。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種六足機器人,其特征在于:所述的膝關(guān)節(jié)直線油缸(11)安裝于大腿(4)的內(nèi)部、膝關(guān)節(jié)軸(13)軸線的兩側(cè),其一端通過軸(2)和大腿(4)鉸接,另一端通過軸(2)和膝關(guān)節(jié)擺動盤(12)鉸接。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種六足機器人,其特征在于:所述的膝關(guān)節(jié)擺動盤(12)和膝關(guān)節(jié)軸(13)配合處的截面為正六邊形,膝關(guān)節(jié)軸(13)和連接法蘭(15)配合處的截面為正六邊形,膝關(guān)節(jié)軸(13)兩端由安裝于大腿(4)上的軸承(14)支撐,小腿(5)通過緊固件(7)和連接法蘭(15)緊固。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種六足機器人,其特征在于:所述的連接法蘭(15)、擋油板(16)、大腿(4)及膝關(guān)節(jié)軸(13)之間形成封閉的型腔,型腔中安裝軸承(14)。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種六足機器人,其特征在于:所述的小腿(5)下端安裝腳掌(6),腳掌(6)和小腿(5)之間通過軸(2)鉸接。9.一種六足機器人足部控制方法,其特征在于: 六足機器人向前直行與向后直行足部控制方法的區(qū)別是前足(103)的工作步驟和中足(104)、后足(105)的工作步驟互換; 六足機器人向前直行的過程中,左前足(a)和右前足(b)的控制方法相同,下面以左前足(a)的各關(guān)節(jié)動作順序,說明該方法,步驟如下: .1、螺旋擺動油缸(3)驅(qū)動大腿(4)順時針轉(zhuǎn)動,直至螺旋擺動油缸(3)行程結(jié)束,完成抬大腿(4)的動作; .2、膝關(guān)節(jié)直線油缸(11)的驅(qū)動小腿(5)順時針轉(zhuǎn)動至豎直位置; .3、螺旋擺動油缸(3)驅(qū)動大腿(4)逆時針轉(zhuǎn)動直至腳掌(6)觸地; .4、膝關(guān)節(jié)直線油缸(11)驅(qū)動小腿(5)逆時針轉(zhuǎn)動至和水平地面之間的夾角為45°,同時,螺旋擺動油缸(3)驅(qū)動大腿(4)逆時針轉(zhuǎn)動,始終保持腳掌(6)觸地; 六足機器人向前直行的過程中,中足(104)、后足(105)的控制方法相同,下面以左后足(e)的各關(guān)節(jié)動作順序,說明該方法,步驟如下: .1、膝關(guān)節(jié)直線油缸(11)驅(qū)動小腿(5)順時針轉(zhuǎn)動至和水平地面之間的夾角為45°; .2、螺旋擺動油缸(3)驅(qū)動大腿(4)順時針轉(zhuǎn)動,直至螺旋擺動油缸(3)行程結(jié)束; .3、膝關(guān)節(jié)直線油缸(11)驅(qū)動小腿(5)逆時針轉(zhuǎn)動,直至腳掌(6)觸地; .4、螺旋擺動油缸(3)驅(qū)動大腿(4)逆時針轉(zhuǎn)動,同時,膝關(guān)節(jié)直線油缸(11)驅(qū)動小腿(5)逆時針轉(zhuǎn)動至豎直位置,始終保持腳掌(6)觸地; 六足機器人向左轉(zhuǎn)向與向右轉(zhuǎn)向控制方法的區(qū)別是胯關(guān)節(jié)直線油缸(1)驅(qū)動行走機構(gòu)(102)向左擺動與向右擺動,各關(guān)節(jié)動作順序是一致的,下面以左前足(a)驅(qū)動六足機器人向左動作的工作步驟說明該方法: .1、螺旋擺動油缸(3)驅(qū)動大腿(4)抬腿,胯關(guān)節(jié)直線油缸(I)驅(qū)動螺旋擺動油缸(3)繞其上的耳軸(10)轉(zhuǎn)動,使得左前足(a)向左移動至胯關(guān)節(jié)直線油缸(1)行程結(jié)束; .2、螺旋擺動油缸(3)驅(qū)動大腿(4)落腿,使得腳掌(6)觸地; .3、胯關(guān)節(jié)直線油缸(I)驅(qū)動螺旋擺動油缸(3)繞其上的耳軸(IO)轉(zhuǎn)動,使得左前足(a)相對機器人向右移動,至胯關(guān)節(jié)直線油缸(1)行程結(jié)束,在移動的過程中,始終保持腳掌(6)觸地; .4、六足機器人在轉(zhuǎn)向的過程中,中足(104)的腳掌(6)和地面接觸的工況下,胯關(guān)節(jié)直線油缸(I)處于浮動狀態(tài),使得中足(104)在左右方向的移動是跟隨主機的需要從動,當(dāng)中足(104)在左右方向的跨步過程中,胯關(guān)節(jié)直線油缸(I)驅(qū)動螺旋擺動油缸(3)繞其上的耳軸(10)轉(zhuǎn)動,調(diào)節(jié)中足(104)使其在豎直方向。10.一種六足機器人步態(tài)控制方法,其特征在于: 六足機器人向前直行和向后直行步態(tài)原理一致,都是通過支撐相時足端相對于機體在前后方向移動的距離為節(jié)點控制各足之間的動作順序,向前行走和向后行走僅跨步方向相反,各足動作順序一致,步態(tài)時序差均為1/5λ1 ; 六足機器人向前直行步態(tài)時序如下: .1、初始狀態(tài),行走機構(gòu)(102)的腳掌(6)位于1/2λ I處; .2、機器人原地調(diào)整各足腳掌和地面接觸的位置,左前足(a)調(diào)整至λ?處、右中足(d)調(diào)整至4/5λ1處、左后足(e)調(diào)整至3/5λ1處、右前足(b)調(diào)整至2/5λ1、左中足(c)調(diào)整至1/5λ1處、右后足(f)調(diào)整至0λ1處; .3、各足行走順序為,左前足(a)、右中足(d)、左后足(e)、右前足(b)、左中足(C)、右后足(f)、左前足(a),步態(tài)時序差為1/5λ1 ; .4、一步行走結(jié)束,向前跨步,步幅為λ1; 六足機器人向左轉(zhuǎn)向和向右轉(zhuǎn)向步態(tài)原理一致,都是通過支撐相時足端相對于機體在左右方向移動的距離為節(jié)點控制各足之間的動作順序,向左轉(zhuǎn)向和向右轉(zhuǎn)向僅跨步方向相反,各足動作順序一致,步態(tài)時序差均為1/5λ2 ; 六足機器人向左轉(zhuǎn)向步態(tài)時序如下: .1、初始狀態(tài),行走機構(gòu)(102)的腳掌(6)位于1/2λ2處; .2、原地調(diào)整各足姿態(tài),左前足(a)位于λ2處、右中足(d)浮動、左后足(e)位于4/5λ2處、右前足(b)位于2/5λ2、左中足(c)浮動、右后足(f)位于1/5λ2處;.3、各足行走順序為,左前足(a)、右中足(d)、左后足(e)、右前足(b)、左中足(C)、右后足(f)、左前足(a),步態(tài)時序差為1/5λ2; .4、一步彳丁走結(jié)束,如足(103)向左跨步、后足(105)向右跨步,步幅為λ2,中足(103)跨步至1/2λ2處。
      【文檔編號】B62D57/032GK105857432SQ201610211130
      【公開日】2016年8月17日
      【申請日】2016年4月5日
      【發(fā)明人】趙德朝, 朱凌云
      【申請人】趙德朝
      網(wǎng)友詢問留言 已有0條留言
      • 還沒有人留言評論。精彩留言會獲得點贊!
      1