專利名稱：二足步行機器人的行走機構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種機器人的行走機構，更確切地說涉及一種欠驅動二足步行機器人的行走機構。
背景技術：
在含有非驅動(不受動力帶動)關節的機器人中，由驅動關節通過耦合關系帶動 非驅動關節完成所需動作，由于存在非驅動關節，這樣的運動系統被稱為欠驅動系統，即獨 立控制變量(驅動單元)少于系統的自由度(關節數)。現有技術的兩足機器人的行走機構結構比較復雜，基本上會使用兩個以上的驅動 電機，這就使得機器人整體重量較重，而且現有技術的機器人的行走機構行走控制方法較 復雜，行走時主要靠電機驅動抬腿，電機使用的數量越多，行走時能耗也就越大。
發明內容
本發明要解決的技術問題是，提供一種結構簡單、能減輕機器人重量、而且還能減 少能耗的二足步行機器人的行走機構。本發明的技術解決方案是，提供一種具有以下結構的二足步行機器人的行走機 構，它包括前腿、后腿、前腳、后腳及可雙向旋轉的驅動電機，所述的驅動電機為一個；它還 包括凸輪、前單向轉輪及后單向轉輪；所述的驅動電機安裝在機器人的臀部上且位于所述 的前腿和后腿之間；所述的凸輪安裝在驅動電機的輸出軸上；所述的前單向轉輪安裝在所 述的前腿上，該前單向轉輪的外圓周與驅動電機輸出軸軸心的垂線的最小距離大于凸輪的 最小半徑且小于凸輪的最大半徑，所述的后單向轉輪安裝在所述的后腿上，該后單向轉輪 的外圓周與驅動電機輸出軸的軸心的垂線的最小距離大于凸輪的最小半徑且小于凸輪的 最大半徑；所述的前單向轉輪的旋轉方向和后單向轉輪的旋轉方向相反，所述的前腿和后 腿的上端分別可滑動且可轉動連接在機器人的臀部的前后端上，所述的前腿和后腿的上端 均安裝有鎖定機構；所述的前腳和后腳上均安裝有壓力傳感器，所述的每個壓力傳感器均 與機器人內部的控制器電連接，所述的控制器均與所述的每個鎖定機構電連接。采用以上結構后，本發明二足步行機器人的行走機構與現有技術相比，具有以下 優點由于本發明二足步行機器人的行走機構包括一個驅動電機，該驅動電機安裝在機 器人的臀部上且位于前腿和后腿之間，安裝在前腿上的前單向轉輪的外圓周與驅動電機輸 出軸的軸心的垂線的最小距離大于凸輪的最小半徑且小于凸輪的最大半徑，安裝在后腿上 的后單向轉輪的外圓周與驅動電機輸出軸的軸心的垂線的最小距離大于凸輪的最小半徑 且小于凸輪的最大半徑，所述的前腿和后腿的上端分別可滑動且可轉動連接在機器人的臀 部的前后端上，所述的前腳和后腳上均安裝有壓力傳感器，所述的壓力傳感器與機器人內 部的控制器電連接，所述的控制器與所述的鎖定機構電連接；假如一開始凸輪的突出部分 向上，前單向轉輪只能順時針旋轉，后單向轉輪只能逆時針旋轉，那么驅動電機逆時針方向旋轉時，待凸輪突出部分接觸前單向轉輪時，就會推動前腿向前邁進一步，前腿向前邁進的 時候，前腳上的壓力傳感器檢測到的壓力會小于后腳上的壓力傳感器檢測到的壓力，此時 機器人內部的控制器會驅動鎖定機構使其鎖住機器人后腿，使后腿無法旋轉，當凸輪旋轉 半周之后再逆時針旋轉，凸輪的突出部分會與后單向轉輪接觸，由于后單向轉輪只能逆時 針旋轉、后腿上端滑動連接在機器人的臀部上，這樣，凸輪逆時針繼續旋轉，會推動后腿上 的后單向轉輪向上運動，使后腿向上運動，同時也就帶動后腿向前行走一步，后腿向前邁進 時前腳上的壓力傳感器檢測到的壓力會大于后腳上的壓力傳感器檢測到的壓力，此時機器 人內部的控制器會驅動鎖定機構使其鎖住機器人的前腿，取消機器人后腿的鎖定，待完成 后腿向前行走一步的動作之后，機器人會自行調整使自身受力平衡，這樣前腳上的壓力傳 感器檢測到的壓力就等于后腳上的壓力傳感器檢測到的壓力，一個工作周期就此完成。當 機器人后退時，動作原理與前進時的動作原理一樣，只不過凸輪做順時針轉動。此種結構的 二足步行機器人的行走機構結構簡單，只使用一個驅動電機，可以減輕機器人的整體重量， 在運動的過程中能耗也較少。作為本發明的一種改進，所述的前腿與后腿呈等腰梯形狀，所述的前腿和后腿所 形成的夾角為30°。由于所述的前腿與后腿呈等腰梯形狀，使機器人在平地上走路時非常穩定。作為本發明的另一種改進，所述的前腿和后腿的上端分別可滑動且可轉動連接在 機器人的臀部的前后端上是指，所述的機器人的臀部的前后端分別設有用于安裝前腿且向 前向下開口的前凹槽和用于安裝后腿且向后向下開口的后凹槽，所述的前、后凹槽的左右 側均設有豎直向的滑槽；所述的前、后凹槽的左右滑槽內均設有滑塊，所述的前、后凹槽的 左右滑槽內的滑塊分別通過連接軸相連接，所述的前腿的上端鉸接在位于前凹槽內的連接 軸上，所述的后腿的上端鉸接在位于后凹槽內的連接軸上；所述的前、后凹槽的滑槽內的滑 塊的上端與滑槽上壁之間分別設有彈簧I。此種滑動連接方式結構簡單，容易實現；由于所 述的前、后凹槽的滑槽內的滑塊的上端與滑槽上壁之間分別設有彈簧I，使得前腿和后腿 的上端與滑槽的上端之間保持一定的滑動距離。作為本發明的還有一種改進，所述的前、后凹槽的滑槽內的滑塊的下端與滑槽下 壁之間分別設有呈壓縮狀態的彈簧II。由于所述的前、后凹槽的滑槽內的滑塊的下端與滑 槽下壁之間分別設有呈壓縮狀態的彈簧II，呈壓縮狀態的彈簧II會對前腿和后腿產生支持 力，這樣就可以加大前腿和后腿對機器人上身的支持力。作為本發明的還有一種改進，所述的鎖定機構包括電控鎖定裝置及設置在所述的 前腿和后腿鉸接端上的卡槽，所述的電控鎖定裝置包括電磁閥及由電磁閥控制的鎖定桿， 所述的鎖定桿的一端鉸接在電磁閥設有電磁鐵的一端上，所述的鎖定桿的另一端設有鎖定 卡頭，所述的鎖定卡頭可卡入所述的卡槽內。此種鎖定機構結構簡單，通過電磁閥和鎖定桿 來實現，在電磁閥通電的情況下，鎖定卡頭位于卡槽的上方，前腿或后腿可以自由旋轉，在 電磁閥斷電的情況下，鎖定卡頭位于卡槽內，前腿或后腿無法旋轉，達到鎖定的目的。
圖1是本發明二足步行機器人的行走機構的主視結構示意圖。圖2是本發明二足步行機器人的行走機構的右視結構示意圖。
圖3是本發明二足步行機器人的行走機構的前單向轉輪的結構示意圖。圖4是本發明二足步行機器人的行走機構的后單向轉輪的結構示意圖。圖5是本發明二足步行機器人的行走機構的腳部的結構示意圖。圖6是本發明二足步行機器人的行走機構中的鎖定機構未鎖定時的部分結構示 意圖。圖7是本發明二足步行機器人的行走機構中的鎖定機構鎖定時的部分結構示意 圖。圖中所示1、前腿，2、后腿，3、前腳，4、后腳，5、臀部，5. 1、前凹槽，5. 2、后凹槽， 5. 3、滑槽，5. 4、滑塊，6、驅動電機，6. 1、輸出軸，7、凸輪，7. 1、突出部分，8、前單向轉輪，9、后 單向轉輪，10、鎖定機構，10. 1、電控鎖定裝置，10. 1. 1、電磁閥，10. 1.2、鎖定桿，10. 1.3、鎖 定卡頭，10. 2、卡槽，10. 3、固定架，11、壓力傳感器，12、連接軸，13、彈簧I，14、彈簧II，15、
連接桿。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明。請一并參閱圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6及圖7所示。本發明二足步行機器人的行走機構包括前腿1、后腿2、前腳3、后腳4、可雙向旋轉 的驅動電機6、凸輪7、前單向轉輪8及后單向轉輪9。所述的前腿1和后腿2的上端分別 可滑動且可轉動連接在機器人的臀部5的前后端上。所述的驅動電機6為一個，所述的驅 動電機6安裝在機器人的臀部5上且位于所述的前腿1和后腿2之間。所述的凸輪7外圓 周為齒狀，所述的凸輪7安裝在所述的驅動電機6的輸出軸6. 1上，本具體實施例中，初始 位置時，所述的凸輪7的突出部分7. 1向上。所述的前單向轉輪8和后單向轉輪9的外圓 周均為齒狀，所述的前單向轉輪8和后單向轉輪9的單向旋轉原理跟單向軸承的單向旋轉 原理一樣，所述的前單向轉輪8的旋轉方向和后單向轉輪9的旋轉方向相反，本具體實施例 中，所述的前單向轉輪8只能順時針方向旋轉，所述的后單向轉輪9只能逆時針方向旋轉； 所述的前單向轉輪8安裝在所述的前腿1上且位于所述的凸輪7的前方，所述的前單向轉 輪8的外圓周與驅動電機6輸出軸6. 1軸心的垂線的最小距離大于凸輪7的最小半徑且小 于凸輪7的最大半徑，即前單向轉輪8的最后端的點到驅動電機6輸出軸6. 1軸心的垂線 的最小距離大于凸輪7的最小半徑且小于凸輪7的最大半徑；所述的后單向轉輪9安裝在 所述的后腿2上且位于所述的凸輪7的后方，所述的后單向轉輪9的外圓周與驅動電機6 輸出軸6. 1軸心的垂線的最小距離大于凸輪7的最小半徑且小于凸輪7的最大半徑，即后 單向轉輪9的最前端的點到驅動電機6輸出軸6. 1軸心的垂線的最小距離大于凸輪7的最 小半徑且小于凸輪7的最大半徑。所述的前腿1和后腿2的上端分別安裝有鎖定機構10， 所述的前腳3和后腳4上均安裝有壓力傳感器11，所述的每個壓力傳感器11均與機器人內 部的控制器(未示出)電連接，所述的控制器均與所述的每個鎖定機構10電連接。機器人站立在平地上時，所述的前腿1和后腿2呈等腰梯形狀，所述的前腿1與后 腿2所形成的夾角為30°。所述的前腿1和后腿2的上端分別可滑動且可轉動連接在機 器人的臀部5的前后端上是指，所述的機器人的臀部5的前后端分別設有用于安裝前腿1 且向前向下開口的前凹槽5. 1和用于安裝后腿2且向后向下開口的后凹槽5. 2;所述的前、后凹槽的左右側均設有豎直向的滑槽5. 3 ；所述的前、后凹槽的左右滑槽5. 3內均設有滑塊 5. 4，所述的前、后凹槽的左右滑槽5. 3內的滑塊5. 4分別通過連接軸12相連接，即所述的 前凹槽5. 1的左右滑槽5. 3內的滑塊5. 4通過連接軸12相連接、所述的后凹槽5. 2的左右 滑槽5. 3內的滑塊5. 4通過另一根連接軸12相連接；所述的前腿1的上端鉸接在位于前凹 槽5. 1內的連接軸12上，所述的后腿2的上端鉸接在位于后凹槽5. 2內的連接軸12上；所 述的前、后凹槽的滑槽5. 3內的滑塊5. 4的上端與滑槽5. 3上壁之間分別設有彈簧I 13，即 所述的彈簧I 13的上端抵在滑槽5. 3的上壁上、所述的彈簧I 13的下端抵在滑塊5. 4的 上端。所述的前、后凹槽的滑槽5. 3內的滑塊5. 4的下端與滑槽5. 3下壁之間分別設有呈 壓縮狀態的彈簧II 14，即所述的彈簧II 14的上端抵在所述的滑塊5. 4的下端上、所述的彈 簧II 14的下端抵在所述的滑槽5. 3的下壁上。所述的鎖定機構10包括電控鎖定裝置10. 1、設置在所述的前腿1和后腿2鉸接 端上的卡槽10. 2及固定架10. 3 ；所述的電控鎖定裝置10. 1包括電磁閥10. 1. 1、由電磁閥 10. 1. 1控制的鎖定桿10. 1. 2，所述的鎖定桿10. 1. 2的一端鉸接在電磁閥10. 1. 1設有電磁 鐵的一端上，所述的鎖定桿10. 1. 2的另一端設有鎖定卡頭10. 1. 3 ；所述的固定架10. 3固 定在連接軸12上且位于前腿1或后腿2的上方，所述的電磁閥10. 1. 1安裝在所述的固定 架10. 3上，當電磁閥10. 1. 1通電時，電磁閥10. 1. 1中的電磁鐵會吸住鎖定桿10. 1. 2的一 端，此時，鎖定桿10. 1. 2上的鎖定卡頭10. 1. 3位于卡槽10. 2的上方，當電磁閥10. 1. 1斷 電時，電磁閥10. 1. 1中的電磁鐵就會失去磁性，鎖定桿10. 1. 2就會自由下落，此時，鎖定桿 10. 1. 2上的鎖定卡頭10. 1. 3會落入卡槽10. 2內，起到鎖定前腿1或后腿2的作用。本具 體實施例中，所述的前腿1有兩個，兩個前腿通過連接桿15相連接，該兩個前腿1同步行 進，因此，可以將兩個前腿1看成整體上為一個前腿；所述的后腿2也有兩個，兩個后腿2通 過連接桿15相連接，該兩個后腿2同步行進，因此，可以將兩個后腿2看成整體上為一個后 腿。當機器人向前行走時，控制器中的單片機控制驅動電機6逆時針方向旋轉，待凸 輪7突出部分7. 1接觸前單向轉輪8時，前單向轉輪8會在凸輪7的帶動下順時針方向旋 轉并且向前邁進一步，前腿1向前邁進的時候，前腳3上的壓力傳感器檢測到的壓力會小于 后腳4上的壓力傳感器檢測到的壓力，控制器接收到這個信號時會驅動后腿2上的鎖定機 構10使其鎖住機器人的后腿2，使后腿2無法繞連接軸12旋轉；當凸輪7旋轉半周之后， 凸輪7突出部分7. 1向下，凸輪7再繼續逆時針旋轉時，凸輪7突出部分7. 1會與后單向轉 輪9接觸，由于后單向轉輪9只能逆時針方向旋轉、而且后單向轉輪9和凸輪7均帶齒，這 樣，凸輪7在旋轉的過程中會推動后腿2上的后單向轉輪9向上運動，使后腿2向上運動， 同時也就帶動后腿2向前行走一步，后腿2向前邁進時前腳3上的壓力傳感器檢測到的壓 力會大于后腳4上的壓力傳感器檢測到的壓力，此時機器人內部的控制器會驅動前腿1上 的鎖定機構10使其鎖住機器人的前腿1，控制后腿2上的鎖定機構10取消對機器人后腿2 的鎖定，待完成后腿2向前行走一步的動作之后，機器人會自行調整使自身受力平衡，這樣 前腳3上的壓力傳感器檢測到的壓力就等于后腳4上的壓力傳感器檢測到的壓力，一個工 作周期就此完成。
權利要求
一種二足步行機器人的行走機構，它包括前腿(1)、后腿(2)、前腳(3)、后腳(4)及可雙向旋轉的驅動電機(6)，其特征在于所述的驅動電機(6)為一個；它還包括凸輪(7)、前單向轉輪(8)及后單向轉輪(9)；所述的驅動電機(6)安裝在機器人的臀部(5)上且位于所述的前腿(1)和后腿(2)之間；所述的凸輪(7)安裝在驅動電機(6)的輸出軸(6.1)上；所述的前單向轉輪(8)安裝在所述的前腿(1)上，該前單向轉輪(8)的外圓周與驅動電機(6)輸出軸(6.1)軸心的垂線的最小距離大于凸輪(7)的最小半徑且小于凸輪(7)的最大半徑，所述的后單向轉輪(9)安裝在所述的后腿(2)上，該后單向轉輪(9)的外圓周與驅動電機(6)輸出軸(6.1)的軸心的垂線的最小距離大于凸輪(7)的最小半徑且小于凸輪(7)的最大半徑；所述的前單向轉輪(8)的旋轉方向和后單向轉輪(9)的旋轉方向相反，所述的前腿(1)和后腿(2)的上端分別可滑動且可轉動連接在機器人的臀部(5)的前后端上，所述的前腿(1)和后腿(4)的上端均安裝有鎖定機構(10)；所述的前腳(3)和后腳(4)上均安裝有壓力傳感器(11)，所述的每個壓力傳感器(11)均與機器人內部的控制器電連接，所述的控制器均與所述的每個鎖定機構(10)電連接。
2.根據權利要求1所述的二足步行機器人的行走機構，其特征在于所述的前腿(1) 與后腿(2)呈等腰梯形狀，所述的前腿(1)和后腿(2)所形成的夾角為30°。
3.根據權利要求1或2所述的二足步行機器人的行走機構，其特征在于所述的前腿 (1)和后腿(2)的上端分別可滑動且可轉動連接在機器人的臀部(5)的前后端上是指，所述 的機器人的臀部(5)的前后端分別設有用于安裝前腿(1)且向前向下開口的前凹槽(5. 1) 和用于安裝后腿(2)且向后向下開口的后凹槽(5. 2)，所述的前、后凹槽的左右側均設有豎 直向的滑槽(5.3)；所述的前、后凹槽的左右滑槽(5.3)內均設有滑塊(5. 4)，所述的前、后 凹槽的左右滑槽(5.3)內的滑塊(5.4)分別通過連接軸(12)相連接，所述的前腿(1)的上 端鉸接在位于前凹槽(5. 1)內的連接軸(12)上，所述的后腿(4)的上端鉸接在位于后凹槽 (5.2)內的連接軸(12)上；所述的前、后凹槽的滑槽(5.3)內的滑塊(5.4)的上端與滑槽 (5. 3)上壁之間分別設有彈簧I (13)。
4.根據權利要求3所述的二足步行機器人的行走機構，其特征在于所述的前、后凹槽 的滑槽(5.3)內的滑塊(5.4)的下端與滑槽(5.3)下壁之間分別設有呈壓縮狀態的彈簧 II (14)。
5.根據權利要求4所述的二足步行機器人的行走機構，其特征在于所述的鎖定機 構(10)包括電控鎖定裝置(10. 1)及設置在所述的前腿(1)和后腿(2)鉸接端上的卡槽 (10. 2)，所述的電控鎖定裝置(10. 1)包括電磁閥(10. 1. 1)及由電磁閥(10. 1. 1)控制的鎖 定桿(10. 1. 2)，所述的鎖定桿(10. 1. 2)的一端鉸接在電磁閥(10. 1. 1)設有電磁鐵的一端 上，所述的鎖定桿(10. 1. 2)的另一端設有鎖定卡頭(10. 1. 3)，所述的鎖定卡頭(10. 1. 3)可 卡入所述的卡槽(10. 2)內。
全文摘要
本發明公開了一種二足步行機器人的行走機構，它包括前腿、后腿、前腳、后腳、一個可雙向旋轉的驅動電機、凸輪、前單向轉輪及后單向轉輪。驅動電機安裝在機器人的臀部上且位于前腿和后腿之間；凸輪安裝在驅動電機的輸出軸上且可輪流地驅動前單向轉輪和后單向轉輪。前單向轉輪安裝在前腿上，后單向轉輪安裝在后腿上，前腿和后腿的上端分別可滑動且可轉動連接在機器人的臀部的前后端上，前腿和后腿的上端均安裝有鎖定機構；前腳和后腳上均安裝有壓力傳感器，每個壓力傳感器均與機器人內部的控制器電連接，控制器均與每個鎖定機構電連接。該二足步行機器人的行走機構結構簡單、能減輕機器人重量、而且還能減少能耗。
文檔編號B62D57/032GK101992813SQ201010515989
公開日2011年3月30日 申請日期2010年10月18日 優先權日2010年10月18日
發明者張智煥 申請人:浙江大學寧波理工學院