專利名稱：兩足機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種兩足機(jī)器人，尤其是沒有上身，能實(shí)現(xiàn)多種變形和大幅度變形的機(jī)器人。
背景技術(shù)：
目前的兩足機(jī)器人都是先建立各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)方程，然后通過電機(jī)的運(yùn)動(dòng)去模擬各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。但是，通過這種組合后在運(yùn)動(dòng)中只有邁步的起點(diǎn)和落腳點(diǎn)是平衡的，其余的運(yùn)動(dòng)位置是不平衡的，導(dǎo)致變形量和變形程度有限，而且目前的兩足機(jī)器人設(shè)計(jì)過程都是通過整體設(shè)計(jì)，過程繁瑣，設(shè)計(jì)理論不夠精確。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服目前兩足機(jī)器人的精確度和穩(wěn)定性的不足以及設(shè)計(jì)過程的繁瑣性，本實(shí)用新型提供一種兩足機(jī)器人，該兩足機(jī)器人不僅能做到各點(diǎn)的平衡和運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)，能實(shí)現(xiàn)多種變形和大幅度變形，而且采用了模塊化設(shè)計(jì)思想，使兩足機(jī)器人關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單、通用。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該兩足機(jī)器人采用六個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，在腳部引入兩個(gè)直流電機(jī)，沒有上身，豐富了兩足機(jī)器人的動(dòng)作，提高了兩足機(jī)器人的靈活性。該兩足機(jī)器人將所有的運(yùn)動(dòng)都簡化為兩個(gè)基本模塊的電機(jī)軸正交放置形成的通用模塊，該兩足機(jī)器人就像“搭積木”一樣組建而成，使兩足機(jī)器人關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單、通用。
本實(shí)用新型的各種運(yùn)動(dòng)分解為正向、側(cè)向及偏轉(zhuǎn)三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，兩足機(jī)器人的合運(yùn)動(dòng)是這三個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的合成，假設(shè)除了地面產(chǎn)生的約束力以外，這些運(yùn)動(dòng)相互沒有干涉。同時(shí)，將整個(gè)步行過程分解為單足支撐期、雙足支撐期以及中間的過渡支撐狀態(tài)。在不同狀態(tài)中，機(jī)器人有著不同的約束目標(biāo)，因而運(yùn)動(dòng)特性是不一樣的，而在同一狀態(tài)中，運(yùn)動(dòng)的特性則是一樣的。
本實(shí)用新型的運(yùn)動(dòng)方式是采用靜態(tài)平衡法，由于本實(shí)用新型的運(yùn)動(dòng)速度較慢，可忽略慣性力的影響，故將其運(yùn)動(dòng)分為若干個(gè)平衡點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)每一個(gè)平衡點(diǎn)的平衡即可實(shí)現(xiàn)各種動(dòng)作。
本實(shí)用新型是通過電機(jī)在X、Y方向自由度的垂直疊加去實(shí)現(xiàn)空間的自由度，故在平衡分析上把兩足機(jī)器人的平衡分為橫向和縱向兩個(gè)方向平衡的合成，如果兩足機(jī)器人同時(shí)滿足橫向和縱向的平衡條件，就能達(dá)到平衡。
本實(shí)用新型在設(shè)定步態(tài)時(shí)必須滿足以下條件(1)平衡穩(wěn)定性在靜態(tài)步行中，單腿支撐期重心必須落在單腿支撐區(qū)域內(nèi)，在兩腿支撐時(shí)重心必須落在兩腿支撐區(qū)域內(nèi)G0∈BG0為兩足機(jī)器人的重心，B代表單、雙腳支撐時(shí)的投影區(qū)域。
(2)越逾性在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中，兩足機(jī)器人不能與地面或障礙物相碰撞，即ya(t)≥y(x)式中的(ya(t))表示移動(dòng)腿足端的坐標(biāo)，y(x)為障礙形狀，若為平地時(shí)y(x)＝0。
(3)周期性同一種步態(tài)要實(shí)現(xiàn)連續(xù)步行時(shí)，整個(gè)步態(tài)函數(shù)還必須滿足一定的周期性。
本實(shí)用新型的運(yùn)動(dòng)過程都是通過步態(tài)分析確定進(jìn)行步態(tài)規(guī)劃的約束條件，進(jìn)行機(jī)構(gòu)分析，確定橫向和縱向平衡條件，建立各關(guān)節(jié)的理論運(yùn)動(dòng)方程，把方程分為有限個(gè)平衡點(diǎn)，使兩足機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)的同時(shí)不但能滿足運(yùn)動(dòng)約束條件還滿足在該點(diǎn)的平衡條件，這樣可以提高兩足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程的穩(wěn)定性。
本實(shí)用新型的控制核心采用AVR單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，以其為核心設(shè)計(jì)了兩足機(jī)器人行為控制的嵌入式控制系統(tǒng)，采用插針式連接，伺服電機(jī)和直流電機(jī)與單片機(jī)電源分開供應(yīng)，使得該控制板體積小，且抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)動(dòng)過程通過程序控制。采用單片機(jī)作為中央控制器，用來控制和協(xié)調(diào)直流電機(jī)和伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)情況，從而產(chǎn)生各種預(yù)設(shè)的行為和動(dòng)作，直流電機(jī)和伺服電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)信號需要通過計(jì)算機(jī)軟件生成，再通過計(jì)算機(jī)與單片機(jī)通訊，將控制信號下載到單片機(jī)內(nèi)。
本實(shí)用新型的有益效果是，增加了兩足機(jī)器人的平穩(wěn)性，豐富了兩足機(jī)器人的動(dòng)作，并提高了兩足機(jī)器人的靈活性，簡化了兩足機(jī)器人的設(shè)計(jì)過程，該兩足機(jī)器人能完成溜冰行走、邁步、側(cè)步、高抬腿、小劈叉、深度劈叉、倒立、倒立舞蹈、跌倒后爬起、橫向和縱向爬行。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。


圖1是本實(shí)用新型的正視圖。
圖2是本實(shí)用新型的電路原理圖。
圖中1.底盤 2.直流電機(jī) 3.伺服電機(jī) 4.舵盤 5.支架 6.上板 7.上蓋具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型采用六個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，在腳部引入了兩個(gè)直流電機(jī)，沒有上身。在
圖1中舵盤(4)套在伺服電機(jī)(3)的伸出軸上，和伺服電機(jī)(3)組成一個(gè)整體，這個(gè)整體和支架(5)通過螺釘連接組成一個(gè)基本模塊，本實(shí)用新型里就包含六個(gè)這樣的基本模塊，兩個(gè)基本模塊的電機(jī)軸正交放置形成通用模塊。
底盤(1)和直流電機(jī)(2)用螺栓連接，直流電機(jī)(2)和第一個(gè)基本模塊中的伺服電機(jī)(3)用AB膠粘合，將第二個(gè)基本模塊的電機(jī)軸和第一個(gè)基本模塊的電機(jī)軸正交放置，第一個(gè)基本模塊的支架(5)和第二個(gè)基本模塊的伺服電機(jī)(3)通過AB膠粘合，將第二個(gè)基本模塊和第三個(gè)基本模塊的電機(jī)軸正交放置，通過螺栓連接兩個(gè)基本模塊的支架(5)，將第二個(gè)和第三個(gè)基本模塊連接起來，這樣就組成了本實(shí)用新型的一條腿，另一條腿是對稱安裝的。上板(6)和最上面兩個(gè)基本模塊的伺服電機(jī)(3)通過螺栓連接，上蓋(7)是鑲嵌在上板(6)中，上蓋(7)可以隨時(shí)取出，將電路板放在上板(6)上面，上蓋(7)里面。
權(quán)利要求1.一種機(jī)器人，其特征是通過底盤、六個(gè)伺服電機(jī)、兩個(gè)直流電機(jī)、支架、上板和上蓋的相互連接組成的一種機(jī)械結(jié)構(gòu)，采用模塊化設(shè)計(jì)，將舵盤套在伺服電機(jī)的伸出軸上，和伺服電機(jī)組成一個(gè)整體，這個(gè)整體和支架通過螺釘連接組成一個(gè)基本模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人，其特征是底盤和直流電機(jī)用螺栓連接，直流電機(jī)和第一個(gè)基本模塊中的伺服電機(jī)用AB膠粘合，將第二個(gè)基本模塊的電機(jī)軸和第一個(gè)基本模塊的電機(jī)軸正交放置，第一個(gè)基本模塊的支架和第二個(gè)基本模塊的伺服電機(jī)通過AB膠粘合，將第二個(gè)基本模塊和第三個(gè)基本模塊的電機(jī)軸正交放置，通過螺栓連接兩個(gè)基本模塊的支架，將第二個(gè)和第三個(gè)基本模塊連接起來，這樣就組成了本實(shí)用新型的一條腿，另一條腿是對稱安裝的，上板和最上面兩個(gè)基本模塊的伺服電機(jī)通過螺栓連接，上蓋是鑲嵌在上板中，上蓋可以隨時(shí)取出，將電路板放在上板上面，上蓋里面。
專利摘要一種能夠產(chǎn)生多種變形和大幅度變形的兩足機(jī)器人，通過六個(gè)伺服電機(jī)、兩個(gè)直流電機(jī)、支架、上板和上蓋的相互連接組成的一種機(jī)械結(jié)構(gòu)，該兩足機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)時(shí)不但能滿足運(yùn)動(dòng)約束條件還滿足在各點(diǎn)的平衡條件，運(yùn)動(dòng)過程非常穩(wěn)定，采用模塊化設(shè)計(jì)思想使兩足機(jī)器人關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單、通用，該兩足機(jī)器人的控制核心采用AVR單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)過程通過程序控制。
文檔編號B25J11/00GK2848489SQ20052007711
公開日2006年12月20日 申請日期2005年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月3日
發(fā)明者褚成成, 薛盡想, 朱濱峰 申請人:褚成成, 薛盡想, 朱濱峰