2d四足機器人的轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種2D四足機器人的轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)及其控制方法，該裝置包括一個滾珠絲桿，“人”字形結(jié)構(gòu)的拉絲，該絲桿固定在機器人上部平臺上，拉絲固定在兩腿之間，通過驅(qū)動電機來拉動。以及驅(qū)動絲桿轉(zhuǎn)動的驅(qū)動電機，電機配有編碼器用來檢測電機轉(zhuǎn)速。通過拉絲拉動來限制兩腿之間的距離，改變步長大小，通過一定的時間積累就可以到達轉(zhuǎn)彎的效果。該裝置是一種結(jié)構(gòu)簡潔，設(shè)計精巧的轉(zhuǎn)彎裝置，可以用較少的機械部件結(jié)構(gòu)實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎動作，并且有效地解決了2D機器人轉(zhuǎn)彎以及轉(zhuǎn)彎不穩(wěn)定的狀況。
【專利說明】
2D四足機器人的轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及機器人領(lǐng)域，具體是一種2D四足機器人的轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)及其控制方法，可 W用于康復(fù)醫(yī)療、玩具、軍事等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，機器人的研究在世界各國都是一個熱點，對2D足式機器人的研究更是如火 如茶，目前已面世2D足式機器人已經(jīng)取得了一定的成果，但也有明顯的缺點，特別是在轉(zhuǎn)彎 的控制結(jié)構(gòu)和方法上均存在一定的缺陷，例如，不同于3D足式機器人，2D足式機器人在結(jié)構(gòu) 上缺少髓關(guān)節(jié)的側(cè)向運動，因此2D雙足機器人一般無法正常實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎行走。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種簡單、穩(wěn)定W及有效的能夠使2D四足機器人轉(zhuǎn)彎的裝 置及其控制方法，該裝置及控制方法可W實現(xiàn)2D四足機器人的轉(zhuǎn)彎。
[0004] 為了實現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：2D四足機器人的轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)，包括直 腿I、直腿Π 、直腿虹、直腿IV，W及設(shè)置于所述直腿I、直腿Π 、直腿虹和直腿IV上部的機器 人上部平臺，安裝于所述機器人上部平臺上的滾珠絲桿，聯(lián)軸器、電機、拉絲IW及拉絲Π ， 所述滾珠絲桿由螺桿、滾珠滑塊和滾珠構(gòu)成，滾珠隱含在所述滾珠滑塊與螺桿結(jié)合處，所述 螺桿通過聯(lián)軸器連接電機，在所述直腿I、直腿Π 、直腿虹和直腿IV上分別固定設(shè)置鎖扣I、 鎖扣Π 、鎖扣虹和鎖扣IV，所述拉絲I和拉絲Π 均呈"人"字形，拉絲I和拉絲Π 的上端分別固 定在滾珠滑塊上，拉絲I的兩下端分別固定在鎖扣I和鎖扣Π 上，拉絲Π 的兩下端分別固定 在鎖扣虹和鎖扣IV上。還包括與電機連接的編碼器，用于測量電機的轉(zhuǎn)速。
[0005] 為了更好地實現(xiàn)本發(fā)明，所述呈"人"字形的拉絲I由兩根柔性鋼絲構(gòu)成，其中第一 條柔性鋼絲的長度大于2D四足機器人同一側(cè)內(nèi)外直腿1/2處正常叉開時的間隔距離擊，第 二條柔性鋼絲長度大于左
岸中I為直腿長度的據(jù)2，點為2D四足機 器人上部平臺長度的"2,將第二條柔性鋼絲的一端固定在第一條柔性鋼絲的中點;拉絲Π 的構(gòu)成方式與拉絲I相同。拉絲上端分別固定在滾珠滑塊的中點，拉絲下端分別固定在鎖扣 上，W此安裝在機器人上，拉絲I和拉絲Π 均處于細(xì)緊的狀態(tài)呈現(xiàn)"人"字形。
[0006] -種2D四足機器人的轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)的控制方法，包括2D四足機器人發(fā)出轉(zhuǎn)彎指令，控 制轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)的電機轉(zhuǎn)動進而帶動滾珠滑塊向左或向右移動，使得拉絲Π 或拉絲I向上拉緊 從而減小機器人右側(cè)或左側(cè)步長，W使機器人兩側(cè)產(chǎn)生步長差，進而使得機器人向右或向 左轉(zhuǎn)彎。機器人初始狀態(tài)和機器人直行狀態(tài)下，滾珠滑塊位于螺桿中間。
[0007] 本發(fā)明的有益效果是:本2D四足機器人的轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)，通過簡單的滾珠絲桿加拉絲 結(jié)構(gòu)，在確保機械系統(tǒng)低復(fù)雜度的情況下，控制2D四足機器人兩側(cè)腿部產(chǎn)生步長差來實現(xiàn) 轉(zhuǎn)彎。
[000引本發(fā)明的其他優(yōu)點、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并 且在某種程度上，基于對下文的研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可w從 本發(fā)明的實踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點可W通過下面的說明書來實現(xiàn)和獲 得。
【附圖說明】
[0009] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合【附圖說明】對本發(fā)明 作進一步的闡述，其中： 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及其在2D四足機器人平臺上的安裝示意圖（正面）； 圖2是2D四足機器人利用本發(fā)明轉(zhuǎn)彎的狀態(tài)示意圖； 圖中：1-機器人上部平臺，2-滾珠絲桿，3-螺桿，4-滾珠滑塊，5-聯(lián)軸器，6-電機，7-編碼 器，8-拉絲Π ，9-鎖扣IV，10-鎖扣虹，11-直腿IV，12-直腿虹，13-直腿Π ，14-直腿I，15-鎖扣 1，16-鎖扣11，17-拉絲1。
【具體實施方式】
[0010] W下將參照附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細(xì)的描述。應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實施例 僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護范圍。
[0011] 本發(fā)明所適用的2D四足機器人為采用分叉腿結(jié)構(gòu)的足式機器人，如圖1和圖2所 示。參見圖1，2D四足機器人的轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)，包括直腿114、直腿Π 13、直腿虹12、直腿IV11，W及 設(shè)置于所述直腿114、直腿Π 13、直腿虹12和直腿IV11上部的機器人上部平臺1，其特征在 于:還包括安裝于所述機器人上部平臺1上的滾珠絲桿2,聯(lián)軸器5、電機6、拉絲I17W及拉絲 Π 8，所述滾珠絲桿2由螺桿3、滾珠滑塊4和滾珠構(gòu)成，所述螺桿3通過聯(lián)軸器5連接電機6，在 所述直腿114、直腿Π 13、直腿虹12和直腿IV11上分別固定設(shè)置鎖扣115、鎖扣Π 16、鎖扣虹 10和鎖扣IV9,各鎖扣固定后不能沿腿部上下移動;所述拉絲117和拉絲Π 8均呈"人"字形， 二者的結(jié)構(gòu)互為鏡像，拉絲117和拉絲Π 8的上端分別固定在滾珠滑塊4上，拉絲117的兩下 端分別固定在鎖扣115和鎖扣Π 16上，拉絲Π 8的兩下端分別固定在鎖扣虹10和鎖扣IV9上。
[0012] 所述滾珠滑塊4為滾珠絲桿2-部分可在螺桿3上線性移動;所述滾珠隱含在滾珠 滑塊4與螺桿3結(jié)合處，且可沿著螺桿3滾動;所述電機6帶有編碼器7,通過編碼器7測出電機 6的轉(zhuǎn)速W便機器人控制器采用PID閉環(huán)控制算法控制電機轉(zhuǎn)速。
[0013] 整個轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)按照圖1的方式安裝在2D四足機器人平臺上，且滾珠絲桿與機器人 的四足保持垂直;安裝完畢后滾珠絲桿上的滾珠滑塊初始情況下處于螺桿的中點，此時拉 絲I和拉絲Π 均處于細(xì)緊的狀態(tài)呈現(xiàn)"人"字形狀態(tài)如圖1所示，機器人可正常直行。
[0014] 本發(fā)明2D四足機器人的轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)按如下控制方法控制機器人轉(zhuǎn)彎： 1、 初始情況，即2D四足機器人處于直行狀態(tài)，此時滾珠絲桿上的滾珠滑塊處于螺桿中 點處，拉絲I和拉絲Π 均細(xì)緊;機器人兩側(cè)步長相等，即：腿I和腿Π 間于下端處的距離與與 腿虹和腿IV間于下端處的距離&滿足等式接二皆； 2、 機器人控制器發(fā)出轉(zhuǎn)彎指令，控制系統(tǒng)采用PID控制算法驅(qū)動轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)的電機順時 針或逆時針轉(zhuǎn)動，進而通過聯(lián)軸器帶動滾珠絲桿的螺桿順時針或逆時針轉(zhuǎn)動； 3、 螺桿順時針或逆時針轉(zhuǎn)動，進而帶動滾珠滑塊向左或向右移動機器人正面朝向 為前方），滾珠滑塊移動方向與螺桿轉(zhuǎn)動方向的對應(yīng)關(guān)系按轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)的具體安裝方式?jīng)Q定； 4、 滾珠滑塊向左(或向右)移動，進而帶動拉絲I向上拉緊(或拉絲Π 向上拉緊）（W圖1 面向文檔一面為機器人正面），于是減小機器人右側(cè)（或左側(cè)）的步長，而機器人左側(cè)（或右 偵D步長不變，于是機器人左右兩側(cè)腿出現(xiàn)步長差，當(dāng)機器人兩側(cè)步長差達到一定值時，電 機停止轉(zhuǎn)動； 5、 機器人W上述狀態(tài)繼續(xù)行走，由于兩側(cè)步長差的原因機器人行走的路線為向右(或 向左)彎曲的弧線，從而實現(xiàn)右轉(zhuǎn)(或左轉(zhuǎn)）； 6、 機器人控制器發(fā)出直行指令，轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)的電機轉(zhuǎn)動使得滾珠絲桿的滾珠滑塊移動到 螺桿中點處，直流電機停止轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)回到初始狀態(tài)，機器人直行。
【主權(quán)項】
1.2D四足機器人的轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)，包括直腿I (14)、直腿π (13 )、直腿虹（12)、直腿IV (11)， W及設(shè)置于所述直腿1(14)、直腿Π (13)、直腿虹（12)和直腿IV(ll)上部的機器人上部平臺 (1)，其特征在于:還包括安裝于所述機器人上部平臺（1)上的滾珠絲桿(2)，聯(lián)軸器巧）、電 機(6)、拉絲I (17) W及拉絲Π (8)，所述滾珠絲桿(2)由螺桿(3)、滾珠滑塊(4)和滾珠構(gòu)成， 所述螺桿(3)通過聯(lián)軸器巧)連接電機(6)，在所述直腿1(14)、直腿Π (13)、直腿虹（12)和直 腿IV (11)上分別固定設(shè)置鎖扣I (15)、鎖扣Π (16)、鎖扣虹（10)和鎖扣IV (9)，所述拉絲I (17)和拉絲Π (8)均呈"人"字形，拉絲1(17)和拉絲Π (8)的上端分別固定在滾珠滑塊(4) 上，拉絲I (17)的兩下端分別固定在鎖扣I (15)和鎖扣Π (16)上，拉絲Π (8)的兩下端分別固 定在鎖扣虹（10)和鎖扣IV(9)上。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述2D四足機器人的轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述呈"人"字形的拉絲 1(17)由兩根柔性鋼絲構(gòu)成，其中第一條柔性鋼絲的長度大于2D四足機器人同一側(cè)內(nèi)外直 腿1/2處正常叉開時的間隔距離法，第二條柔性鋼絲長度大于其中《為直腿長度的1/2，格為2D四足機器人上部平臺長度的^ ]，將第二條柔性鋼絲的一 端固定在第一條柔性鋼絲的中點;拉絲Π (8)的構(gòu)成方式與拉絲1(17)相同。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述2D四足機器人的轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)，其特征在于:還包括與電機(6)連 接的編碼器(7)，用于測量電機(6)的轉(zhuǎn)速。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述2D四足機器人的轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述滾珠隱含在所述滾 珠滑塊(4 )與螺桿(3 )結(jié)合處。5. -種2D四足機器人的轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)的控制方法，其特征在于:包括2D四足機器人發(fā)出轉(zhuǎn) 彎指令，控制轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)的電機(6)轉(zhuǎn)動進而帶動滾珠滑塊(4)向左或向右移動，使得拉絲Π (8)或拉絲1(17)向上拉緊從而減小機器人右側(cè)或左側(cè)步長，W使機器人兩側(cè)產(chǎn)生步長差， 進而使得機器人向右或向左轉(zhuǎn)彎。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述2D四足機器人的轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)的控制方法，其特征在于:機器人直行 狀態(tài)下，滾珠滑塊(4)位于螺桿(3)中間。
【文檔編號】B62D57/032GK105835982SQ201610219590
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月11日
【發(fā)明人】李清都, 冷潔, 楊芳艷, 金雪亮, 唐春茂, 延明珠, 周雪卿
【申請人】重慶郵電大學(xué)