[實用新型]交叉空翻式三足機器人

有效

• 申請號: 201420240332.2
• 申請日: 2014-05-12
• 公開（公告）號: CN204021043U
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發明（設計）人: 趙曄;王軍政;張婷;王天風;趙磊;婁偉鵬;張浩;王天昊;羅坤
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型屬于仿生機器人應用領域，具體涉及一種交叉空翻式三足機器人運動設計。

背景技術

在實驗室和生活中機器人大都采用兩足或四足六足等多足行走或者采用相對傳統的輪式移動。輪式機器人相對于足式機器人的越障能力要遜色許多，對地形的適應性能不如足式機器人。兩足機器人行動較為靈活，但穩定性欠缺，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、控制起來也比較復雜。三角形具有很好的穩定性，三足行走機器人自然也具有四足、六足機器人的穩定性。同時，由于采用三足的驅動方式，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大都是在前后左右四個方向運動，而釆用三足的機器人，通過腿部的調整和大幅度的步伐，使其更靈活，更穩定。

因此設計一款可靈活運動的三足機器人是一個有較好應用前景的工作。

事實上弗吉尼亞理工大學的丹尼斯·洪教授的團隊首次提出了一種被動動力的三足機器人，但是機器太重，太多的電機和笨重的材料使得運動很難實現。因此轉而研究純機械驅動步態的三足機器人，結果是缺乏控制的組織，該三足機器人僅能邁出第一步，沒有實現靈活連續運動的目的。

實用新型內容

本實用新型的內容在于提供一種可以實現交叉空翻運動方式的三足機器人的設計。該設計采用了閉環控制結構，機器人整體共有10個主動自由度，其中的1個主動自由度驅動3個被動自由度。用于完整的確定機器人的姿態，每個自由度都由舵機(直流角位移伺服電機)驅動完成。其中用于連接小腿和大腿關節的舵機，能夠在豎直方向上在0-180度的范圍內任意轉動，三者的角度在裝配時，必須保持相對位置協調一致，運動過程中三者的角度，必須相互協調一致，以保持整個機器人機身的水平狀態，調整此三個電機的角位置，即可方便改變該三足機器人的相對地面豎直方向的高度，使作為安裝傳感器功能區的頂盤的高度可以方便調節，便于實現相關探測的自主功能；另外在腿部用于將自身連接到頂盤的電機，數量為1組3個，同樣需要達到0-180度位置伺服，且額定負載下的輸出扭力相對前者大，三者裝配需要協調一致，調整此三電機的角位置，亦可實現頂盤的高度的豎直微調，在摩擦系數相對小的運動平面上，確保使下部小腿保持豎直，減小機器人主體保持站立需要的最小靜摩擦力，實現對運動環境更強的適應性，因能夠調節機器人本體的實際高度。此外位于頂盤上用于連接腿部的電機，由于對稱性，共有1組3個，亦能夠在水平0-180度的范圍內實現位置伺服運動，三者的初始角度在裝配時保持對稱協調，在兩者共軸條件下的運動過程中，使其中每兩個電機的運動實現相對鏡面對稱轉動，進而使同時轉動的兩個電機形成一條旋轉軸，以此狀態下未涉及的另一條腿及頂盤繞此旋轉軸實現轉動，實現交叉空翻的效果；另外三個被動自由度，由中心電機提供動力，由尼龍套筒減小轉動摩阻，使頂盤的電機能夠帶動三條腿實現水平方向的繞軸轉動，經計算轉動的范圍為60度，以實現頂盤不同側邊為軸，機器人向不同方向運動的目的；最后一個自由度在頂盤中央，是整個機器人姿態調整，運動協調，動力提供的核心驅動，該電機需要具有較好的動態性能，較寬的頻率響應范圍，無靜差或靜差小，機械性能良好，輸出力矩大，無電機振顫抖動，運動平穩，該電機能夠實現繞軸360度連續轉動的位置伺服功能，在本設計的頂盤結構單元單自由度實現三臂聯合控制基礎上，使機器人的三足中相鄰兩足依次實現作為運動旋轉軸，起到選擇姿態的驅動作用。

腿部的設計采用類似生物體的設計方案，采用大腿帶動小腿的模式，將腿部分成兩段，增強了機器人運動的靈活性，在腿部的下半段增加了具有較大剛度的彈性減震裝置，使得運動過程中不會因為存在機械裝配時的縫隙，當機器人足部接觸地面時對關節的配合處造成不可逆轉的損壞，此外從另一方面講能夠使姿態的運動更加平穩靈活連貫。在足部考慮到原有支撐桿底部平面與大地平面的面面接觸不穩定的缺點，在機器人小腿的端部安裝了球狀橡膠質的足部，不僅在接觸的過程中起到了緩沖的作用，而且保證了接觸的平穩的性能。在腿部兩部分長度比例的考量上，借鑒了整條腿部能夠從下部空間翻轉的適當長度比，并留有一定裕量，最終選擇小腿與大腿的長度比為2：1。三足機器人的結構比例及運動方式設計，使其自身具有較強的越障能力，其本身占有的空間小；具有較大的前進步伐，且相對于平移挪步式的機器人在伸縮升降方面具有更加靈活，足端可達域廣、抗干擾能力強的特點。