[發明專利]一種企鵝仿生機器人及行走方法

有效

• 申請號: 201910705976.1
• 申請日: 2019-08-01
• 公開（公告）號: CN110466643B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 羅雙慶;程洪;況逸群;郝家勝
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

1.一種企鵝仿生機器人，其特征在于，包括：外殼部裝、軀干部裝、腿部部裝、翅膀部裝；

所述外殼部裝，能夠做成各種卡通或真實企鵝形狀，由翅膀部裝的兩個轉動運動配合，逼真的模擬企鵝翅膀的運動；

所述軀干部裝，包括軀干支架、控制單元、電池、編碼器、控制節點板和安裝支架；其中，控制單元、電池、編碼器、控制節點板都通過安裝支架固定到軀干支架上；

所述腿部部裝，包括兩條腿部，每個腿部有2個自由度；每條腿部均包括：髖關節電機及減速器、大腿、踝關節電機及減速器、腳踝、腳底板、髖關節編碼器部件和踝關節編碼器；

其中，髖關節電機及減速器又包括：髖關節電機、髖關節電機減速器連接法蘭和髖關節減速器；髖關節電機通過螺釘固定到髖關節電機減速器連接法蘭上，髖關節減速器通過螺釘固定到髖關節電機減速器連接法蘭的另一側，以此組成髖關節電機及減速器部裝；

踝關節電機及減速器又包括：踝關節電機、踝關節電機減速器連接法蘭和踝關節減速器；踝關節電機通過螺釘固定到踝關節電機減速器連接法蘭上，踝關節減速器通過螺釘固定到踝關節電機減速器連接法蘭的另一側，以此組成踝關節電機及減速器部裝；

大腿又包括：髖關節電機連接板、大腿前板、鉸制孔螺釘、大腿后板、大腿側板、踝關節支架、踝關節軸承、踝關節編碼器支架和踝關節接連接電機螺釘；

髖關節電機及減速器通過螺釘固定到軀干支架上，髖關節電機連接板通過螺釘與髖關節電機及減速器的減速器輸出端固定連接，大腿前板、大腿后板通過鉸制孔螺釘固定到髖關節電機連接板上，兩個大腿側板通過螺釘固定到大腿前板、大腿后板兩側形成一個矩形結構，以增加腿部剛性；

踝關節電機通過螺釘固定到電機減速器連接法蘭上，減速器通過螺釘固定到電機減速器另一側，一個腳踝通過螺釘固定到減速器上，另一個腳踝通過螺釘固定到電機減速器連接法蘭上，兩個腳踝通過螺釘固定到腳底板的定位槽中；固定到踝關節電機減速器連接法蘭的腳踝，通過螺釘與踝關節支架固定；踝關節軸承的內圈緊配合到踝關節支架上的圓柱臺階上，踝關節軸承的外圈緊配合到大腿后板的圓柱孔內，踝關節編碼器支架通過螺釘固定到大腿后板，踝關節編碼器通過螺釘固定到踝關節編碼器支架上；在另一側，踝關節減速器的輸出法蘭通過螺釘與大腿前板固定；

整個腿部部裝通過螺釘安裝在軀干部裝上后，在髖關節電機及減速器驅動下，腿部部裝可以繞電機軸線即Z軸旋轉，在踝關節電機及減速器驅動下，腳底板可以繞電機軸線即X軸旋轉；

所述翅膀部裝，包括兩條翅膀，左右兩側翅膀結構相同，呈鏡像布置，且每個翅膀有2個自由度；翅膀安裝支架、Y軸驅動舵機支架、Y軸驅動舵機、Y軸驅動舵機輸出法蘭盤、Y軸第一旋轉軸、Y軸旋轉軸軸承、Y軸第二旋轉軸、X軸電機安裝支架、X軸驅動舵機、X軸驅動舵機輸出法蘭盤、翅膀連接件和翅膀；

翅膀安裝支架通過螺釘固定到軀干支架上，Y軸驅動舵機支架通過螺釘固定到翅膀安裝支架，Y軸驅動舵機通過螺釘固定到Y軸驅動舵機支架，Y軸驅動舵機輸出法蘭盤與Y軸驅動舵機輸出端固連，Y軸驅動舵機輸出法蘭盤通過螺釘與Y軸第一旋轉軸固定，Y軸第一旋轉軸通過螺釘與Y軸第二旋轉軸的軸向連接固定，在軸向壓緊Y軸旋轉軸軸承，Y軸旋轉軸軸承內圈與Y第一軸旋轉軸、Y軸第二旋轉軸緊配，其外圈與翅膀安裝支架緊配；

X軸電機安裝支架通過螺釘固定到Y軸第二旋轉軸上，X軸驅動舵機通過螺釘固定到X軸電機安裝支架上，X軸驅動舵機輸出法蘭盤固定到X軸驅動舵機的輸出端，翅膀連接件固定到X軸驅動舵機輸出法蘭盤，翅膀通過螺釘固定到翅膀連接件；

整個翅膀部裝通過螺釘安裝在軀干部裝上后，在Y軸驅動舵機驅動下，翅膀可以繞舵機軸線即Y軸旋轉；在X軸驅動舵機驅動下，翅膀可以繞舵機軸線即X軸旋轉；在Y、X軸線兩個舵機的同時配合驅動下，能夠模擬企鵝翅膀的運動；

其中，所述Y軸第二旋轉軸上設置有限位槽，限位槽內設置有螺釘孔，通過限位槽與限位螺釘的配合使用，能夠對Y軸旋轉角度進行限制，從而模擬企鵝關節運動范圍。

2.一種利用權利要求1所述的企鵝仿生機器人的行走方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)、雙腿站立，雙足支持

初始化企鵝仿生機器人雙腿站立，左、右腿的腳底板與地面接觸；

(2)、雙足支持，左右腳踝關節配合，移動重心至左側

支撐腿的踝關節電機及減速器驅動其腳底板轉動，使得腳底板始終與地面接觸，邁步腿的踝關節電機及減速器驅動其腳底板轉動，使其腳底板的外邊緣與地面接觸，在左、右腿的踝關節電機及減速器配合下，企鵝仿生機器人重心推向支持腿；

(3)、雙足支持，左右腳踝關節配合，移動重心至左側，重心進入左腳支撐面臨界面

企鵝仿生機器人的重心在地面的投影即將進入支撐腿的腳底板區域內，企鵝仿生機器人即將進入單腿站立階段；

(4)、左腳支持，重心位于左腳支撐面內

支撐腿的踝關節電機及減速器驅動繼續轉動，邁步腿的踝關節電機及減速器不轉動，企鵝仿生機器人的重心在地面的投影已進入支持腿的腳底板面積內，企鵝仿生機器人進入單腿站立階段；

(5)、左腳支持，重心位于左腳支撐面內，右腳踝關節回正

邁步腿的踝關節電機及減速器轉動，驅動其腳底板使得腳底板與地面保持平行；

(6)、左腳支持，重心位于左腳支撐面內，左腳踝關節可擺動，帶動重心向前

支撐腿的髖關節電機及減速器驅動軀干及邁步腿的腿部部裝轉動，使得重心前移或后移；

(7)、邁步腿落地

邁步腿按照步驟(1)～(6)的逆過程，進行重復操作，實現邁步腿落地，從而完成企鵝仿生機器人的行走過程。