雙扭搖桿式被動行走器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于被動行走機器人領域，具體涉及一種雙扭搖桿式被動行走器。
【背景技術】
[0002] 現今，機器人技術是世界各國研宄的熱點，尤其是被動行走機器人的研宄更是該 領域的前沿科技。國內外在被動行走機器人的研宄上已經取得了不錯的成果，研發出了很 多代表性的物理樣機原型。但這些被動行走模型但為大腳設計，占用空間大，使用價值不 高；而且這些被動模型都涉及到了擺動腿腳擦地的問題，在實驗過程中需要搭建特殊坡面 才能正常行走。
【發明內容】
[0003] 有鑒于此，本發明的目的是提供一種雙扭搖桿式被動行走器，除了能夠實現只依 賴自然力及本身結構沿著坡面穩定下行的動作外，腳部使用點觸地方式，還能完美的解決 擺動腿腳擦地的問題，魯棒性更強，實際運用中有著更廣的空間。
[0004] 本發明的目的是通過以下技術方案實現的：
[0005] 雙扭搖桿式被動行走器，包括由兩根內側腿和兩個外側腿組成的腿部，所述內側 腿與外側腿通過曲軸連接，所述曲軸包括一段上橫軸、兩段中橫軸和兩段下橫軸以及連接 橫軸的搖桿，所述兩根內側腿可轉動的設置在上橫軸上，所述兩根外側腿分別可轉動的設 置在兩端的下橫軸上，所述內、外側腿上均設置有可在其上滑動的滑管，所述兩根內側腿上 的滑管通過同步軸連接成一個同步運動的整體，所述內側腿上的滑管與對應的外側腿上的 滑管之間設置有扭簧，所述扭簧與中段橫軸之間設置有H型支撐件，所述中段橫軸可轉動 的穿過H型支撐件的上端，所述扭簧穿過H型支撐件的下端。
[0006] 進一步，所述腿部的下端設置有作為觸地部分的腳部，所述腳部為四個完全相同 的倒三角柱，所述倒三角柱與斜坡地面線接觸設置。
[0007] 進一步，所述腿部的內外側腿為四根完全相同的長直腿，其中，行走時，內側腿或 者外側腿中與斜坡地面接觸的為支撐腿，離開斜坡地面的為擺動腿。
[0008] 進一步，所述內外側腿上的滑管與扭簧形成本被動行走器的雙扭關節部分。
[0009] 進一步，所述曲軸與雙扭關節部分以及H型支撐件共同形成了本被動行走器的髖 部，所述髖部作為本被動行走器的動作支撐部分，髖部上部通過曲軸與腿部的實現連接，曲 軸可自由轉動；髖部下部由扭簧部分穿過并固定，雙扭關節部分為完全對稱兩部分組成，曲 軸處于豎直狀態時扭簧為松弛狀態。
[0010] 進一步，所述髖部曲軸長度為d，曲軸旋轉半徑為r，曲軸旋轉角度為α，髖部上部 質心質量為m，髖部下部質心質量為M ;擺動腿與支撐腿夾角為Φ，所述支撐腿與地面垂線 夾角為Θ ;所述扭簧彈性系數為k;所述斜坡地面傾角為γ，系統各部分參數應滿足如下動 力學方程：
[0011] 擺動過程中系統動力學方程為：
【主權項】
1. 雙扭搖桿式被動行走器，其特征在于：包括由兩根內側腿和兩個外側腿組成的腿 部，所述內側腿與外側腿通過曲軸連接，所述曲軸包括一段上橫軸、兩段中橫軸和兩段下橫 軸以及連接橫軸的搖桿，所述兩根內側腿可轉動的設置在上橫軸上，所述兩根外側腿分別 可轉動的設置在兩端的下橫軸上，所述內、外側腿上均設置有可在其上滑動的滑管，所述兩 根內側腿上的滑管通過同步軸連接成一個同步運動的整體，所述內側腿上的滑管與對應的 外側腿上的滑管之間設置有扭簧，所述扭簧與中段橫軸之間設置有H型支撐件，所述中段 橫軸可轉動的穿過H型支撐件的上端，所述扭簧穿過H型支撐件的下端。
2. 根據權利要求1所述的雙扭搖桿式被動行走器，其特征在于：所述腿部的下端設置 有作為觸地部分的腳部，所述腳部為四個完全相同的倒三角柱，所述倒三角柱與斜坡地面 線接觸設置。
3. 根據權利要求1所述的雙扭搖桿式被動行走器，其特征在于：所述腿部的內外側腿 為四根完全相同的長直腿，其中，行走時，內側腿或者外側腿中與斜坡地面接觸的為支撐 腿，離開斜坡地面的為擺動腿。
4. 根據權利要求3所述的雙扭搖桿式被動行走器，其特征在于：所述內外側腿上的滑 管與扭簧形成本被動行走器的雙扭關節部分。
5. 根據權利要求4所述的雙扭搖桿式被動行走器，其特征在于：所述曲軸與雙扭關節 部分以及H型支撐件共同形成了本被動行走器的髖部，所述髖部作為本被動行走器的動作 支撐部分，髖部上部通過曲軸與腿部的實現連接，曲軸可自由轉動；髖部下部由扭簧部分穿 過并固定，雙扭關節部分為完全對稱兩部分組成，曲軸處于豎直狀態時扭簧為松弛狀態。
6. 根據權利要求5所述的雙扭搖桿式被動行走器，其特征在于：所述髖部曲軸長度為 d，曲軸旋轉半徑為r，曲軸旋轉角度為α，髖部上部質心質量為m，髖部下部質心質量為M ; 擺動腿與支撐腿夾角為Φ，所述支撐腿與地面垂線夾角為Θ ;所述扭簧彈性系數為k;所述 斜坡地面傾角為γ，系統各部分參數應滿足如下動力學方程： 擺動過程中系統動力學方程為：
7. 根據權利要求6所述的雙扭搖桿式被動行走器，其特征在于：所述行走器的行走方 式分為以下幾個步驟： a、 將外側腿置于最低狀態，放置在斜坡，且與斜坡夾角為β ; b、 給曲軸一個初始速度，方向逆時針，轉速w，釋放行走器； c、 行走器外側腿進行倒立擺，內側腿因曲軸、雙扭關節和重力作用實現前擺下沉； d、 曲軸轉動到水平位置時，內側腿觸地，內側腿變為支撐腿進行倒立擺，在曲軸和雙扭 關節作用下，外側腿實現前擺上提； e、曲軸繼續逆時針旋轉半周后，外側腿再次觸地，重復c)、d)、e)過程。
【專利摘要】本發明公開了的雙扭搖桿式被動行走器包括由兩根內側腿和兩個外側腿組成的腿部，所述內側腿與外側腿通過曲軸連接，所述曲軸包括一段上橫軸、兩段中橫軸和兩段下橫軸以及連接橫軸的搖桿，所述兩根內側腿可轉動的設置在上橫軸上，所述兩根外側腿分別可轉動的設置在兩端的下橫軸上，所述內、外側腿上均設置有可在其上滑動的滑管，所述兩根內側腿上的滑管通過同步軸連接成一個同步運動的整體，所述內側腿上的滑管與對應的外側腿上的滑管之間設置有扭簧，所述扭簧與中段橫軸之間設置有H型支撐件，所述中段橫軸可轉動的穿過H型支撐件的上端，所述扭簧穿過H型支撐件的下端。本發明解決了擺動腿腳擦地的問題，魯棒性更強，實際運用中有著更廣的空間。
【IPC分類】B62D57-032
【公開號】CN104742997
【申請號】CN201510137039
【發明人】李清都, 劉國棟, 金雪亮, 蔡浩, 樊鎖鐘, 熊詩琪, 劉娣, 胡文亞, 趙克奉, 唐俊, 刁建, 李永
【申請人】重慶郵電大學
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年3月26日