專利名稱：一種多足機(jī)器人腿部差動(dòng)導(dǎo)向裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于仿生機(jī)器人領(lǐng)域，尤其涉及一種多足機(jī)器人腿部差動(dòng)導(dǎo)向裝置。
背景技術(shù)：
仿生機(jī)器人所具有的靈巧動(dòng)作對(duì)于人類的生產(chǎn)和科學(xué)研究活動(dòng)有著極大的幫助，仿生機(jī)器人成為了當(dāng)今機(jī)器人研究領(lǐng)域的一個(gè)重要方向。多足機(jī)器人作為仿生機(jī)器人的重要組成部分，其具有敏捷性、靈活性以及在復(fù)雜地形下的強(qiáng)大自適應(yīng)能力。相對(duì)于輪式或者履帶式機(jī)器人，足式機(jī)器人在超過(guò)地球陸地表面50%的山丘和沼澤中具有更好的運(yùn)動(dòng)性能。足部機(jī)構(gòu)作為足式機(jī)器人的組成部分，對(duì)機(jī)器人的性能有著極其重要的影響。
2001年，密歇根大學(xué)研發(fā)出一種新型多驅(qū)動(dòng)多足機(jī)器人，每條腿都設(shè)置一個(gè)驅(qū)動(dòng)。轉(zhuǎn)彎時(shí)借著每條腿上攜帶的電機(jī)給予驅(qū)動(dòng)改變步態(tài)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。多驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎需要更多電機(jī)，增加了機(jī)身重量，能量利用率不高，不利于運(yùn)動(dòng)敏捷性。實(shí)現(xiàn)單驅(qū)動(dòng)多足機(jī)器人轉(zhuǎn)彎也一直是機(jī)器人研究關(guān)注的焦點(diǎn)之一。2010年，加州大學(xué)伯克利分校研制出了單驅(qū)動(dòng)多足機(jī)器人，在足部嵌入形狀記憶合金來(lái)改變行走過(guò)程中腿部形狀，進(jìn)而改變步長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。但是，形狀記憶合金需要電流加熱，加熱時(shí)間的存在使得腿部變形過(guò)程時(shí)間較長(zhǎng)，不能實(shí)現(xiàn)迅速轉(zhuǎn)彎。國(guó)內(nèi)學(xué)者也研制出了各類足式機(jī)器人。2002年，上海交通大學(xué)提出的六足微型機(jī)器人，但是不能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎功能且行走穩(wěn)定性不強(qiáng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、調(diào)整迅速、地面自適應(yīng)性好的單驅(qū)動(dòng)多足機(jī)器人腿部差動(dòng)導(dǎo)向裝置，它能夠?qū)崿F(xiàn)足式機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎和有效地提高在崎嶇地區(qū)的行走性能。本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)—種多足機(jī)器人腿部差動(dòng)導(dǎo)向裝置，該裝置包括柔性腿、剛性導(dǎo)柱、彈簧、電磁鐵及端蓋，所述的柔性腿為中空結(jié)構(gòu)，柔性腿的頂部通過(guò)螺釘與端蓋連接，柔性腿的上部開(kāi)設(shè)有十字槽，柔性腿的內(nèi)部由下到上依次設(shè)有剛性導(dǎo)柱、彈簧及電磁鐵，所述的剛性導(dǎo)柱的側(cè)面設(shè)有吊耳，吊耳伸出十字槽固定在機(jī)器人腿部機(jī)架上，所述的彈簧與剛性導(dǎo)柱連接，所述的電磁鐵通過(guò)電線與控制電路連接，控制電路與機(jī)器人手持遙控器通過(guò)紅外信號(hào)進(jìn)行通訊，調(diào)節(jié)控制電路的電流控制電磁鐵的電磁力，從而改變彈簧的拉伸長(zhǎng)度，以此來(lái)改變多足機(jī)器人腿部的柔性腿中剛性導(dǎo)柱的高度，改變?nèi)嵝酝认虏康膭偠?；?dāng)機(jī)器人需要轉(zhuǎn)向時(shí)，控制電路控制該側(cè)機(jī)器人腿部的電磁鐵通電，通電后的電磁鐵產(chǎn)生吸附力，吸引剛性導(dǎo)柱沿十字槽上升，此時(shí)柔性腿下部觸地，柔性腿產(chǎn)生彎曲變形，使得腿部有效長(zhǎng)度變短，從而使該腿前進(jìn)的步長(zhǎng)減小，產(chǎn)生轉(zhuǎn)向行為。所述的柔性腿的下部為由半固化玻璃纖維柔性材料制成的柔性部位，柔性腿與地面接觸，對(duì)來(lái)自地面的沖擊、震動(dòng)可以起到緩沖、減震的效果，提高機(jī)器人行走穩(wěn)定性。
所述的柔性腿的頂部設(shè)有階梯孔，所述的電磁鐵設(shè)在階梯孔內(nèi)。所述的剛性導(dǎo)柱的四周設(shè)有十字頁(yè)，所述的吊耳設(shè)在十字頁(yè)上，通過(guò)十字頁(yè)與柔性腿上十字槽的配合，對(duì)剛性導(dǎo)柱在柔性腿內(nèi)的移動(dòng)起導(dǎo)向、穩(wěn)定作用。所述的剛性導(dǎo)柱由碳鋼制成。所述的電磁鐵為圓柱形電磁鐵，電磁鐵的磁力受控制電路控制。多足機(jī)器人直 線行走時(shí)，不需要改變腿部的剛度，因此電磁鐵均處于未通電狀態(tài)，柔性腿下部和剛性導(dǎo)柱同時(shí)著地，此時(shí)多條腿剛度相同。多足機(jī)器人按照三角步態(tài)向前直行。由于觸地部分為柔性腿，即使在崎嶇的路面上行走，機(jī)器人仍具有不錯(cuò)的穩(wěn)定性。多足機(jī)器人可以向左、右兩個(gè)方向轉(zhuǎn)向。當(dāng)多足機(jī)器人需要向左轉(zhuǎn)向時(shí)，控制電路控制左側(cè)腿部的電磁鐵通電，電磁鐵產(chǎn)生吸附力，吸引剛性導(dǎo)柱沿十字槽上升，此時(shí)左側(cè)腿部柔性腿下半部分的柔性部位觸地。由于觸地的柔性部分和地面有力的作用，腿部整體剛度減小，導(dǎo)致柔性部分產(chǎn)生彎曲變形，進(jìn)而減少左側(cè)腿前進(jìn)的步長(zhǎng)，產(chǎn)生左轉(zhuǎn)行為。當(dāng)多足機(jī)器人需要向右轉(zhuǎn)向時(shí)，控制電路控制右側(cè)腿部的電磁鐵通電，電磁鐵產(chǎn)生吸附力，吸引剛性導(dǎo)柱沿十字槽上升，此時(shí)右側(cè)腿部柔性腿下半部分的柔性部分觸地。由于觸地的柔性部分和地面有力的作用，腿部整體剛度減小，導(dǎo)致柔性部分產(chǎn)生彎曲變形，進(jìn)而減少右側(cè)腿前進(jìn)的步長(zhǎng)，產(chǎn)生右轉(zhuǎn)行為。根據(jù)路面情況，轉(zhuǎn)向的半徑大小可控。轉(zhuǎn)向半徑大時(shí)，控制電路控制電磁鐵的輸入電流較大，電磁鐵產(chǎn)生較大的吸力，因此剛性導(dǎo)柱上升距離較大，與地面接觸的柔性部分長(zhǎng)度更長(zhǎng)，使整條腿的剛度降低更大，變形更加顯著，轉(zhuǎn)向半徑因而更大。需要的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)結(jié)束后，控制電路可控制斷開(kāi)電磁鐵的輸入電流，剛性導(dǎo)柱在彈簧的彈力作用下恢復(fù)至未通電時(shí)的狀態(tài)，多足機(jī)器人即可繼續(xù)直線行走。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果(I)本發(fā)明通過(guò)采用多足機(jī)器人腿部差動(dòng)導(dǎo)向裝置，實(shí)現(xiàn)了單驅(qū)動(dòng)多足機(jī)器人轉(zhuǎn)彎及提高地形自適應(yīng)性。(2)本發(fā)明的裝置采用電磁鐵以及機(jī)械結(jié)構(gòu)引導(dǎo)剛性導(dǎo)柱伸縮，引起腿部整體剛度變化，引起兩側(cè)步長(zhǎng)不一，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向要求。(3)電磁鐵與控制電路相連，可調(diào)整磁力大小來(lái)改變剛性導(dǎo)柱上升行程，可使得剛?cè)狁詈喜糠值拈L(zhǎng)度滿足所需要求。(4)柔性腿下部采用半固化玻璃纖維柔性材料，在行走過(guò)程中，能起到減震、緩沖的作用。(5)本發(fā)明控制過(guò)程簡(jiǎn)單，整體結(jié)構(gòu)緊湊，減輕了腿部重量，并采用柔性體接觸地面，提聞機(jī)身行走穩(wěn)定性。由于以上特點(diǎn)，本發(fā)明可以應(yīng)用在復(fù)雜地形下使用的多足機(jī)器人，比如在災(zāi)難搜救、勘測(cè)和軍事上使用的足式機(jī)器人。


圖I為本發(fā)明與機(jī)器人腿部機(jī)架連接結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的主視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的俯視結(jié)構(gòu)示意圖4為本發(fā)明的分解結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例一種多足機(jī)器人腿部差動(dòng)導(dǎo)向裝置，結(jié)構(gòu)如圖I 圖4所示，該裝置包括柔性腿I、剛性導(dǎo)柱2、彈簧3、電磁鐵4及端蓋5，柔性腿I為中空結(jié)構(gòu)，柔性腿I的頂部通過(guò)螺釘6與端蓋5連接，柔性腿I的上部設(shè)有十字槽，柔性腿I的下部為柔性部位,柔性腿I的內(nèi)部由下到上依次設(shè)有剛性導(dǎo)柱2、彈簧3及電磁鐵4，剛性導(dǎo)柱2的側(cè)面設(shè)有吊耳21，吊耳21伸出十字槽固定在機(jī)器人腿部機(jī)架上，彈簧3與剛性導(dǎo)柱2相連接，電磁鐵4通過(guò)電線與控制電路相連接，控制電路與機(jī)器人手持遙控器通過(guò)紅外信號(hào)進(jìn)行通訊，調(diào)節(jié)控制電路的電流控制電磁鐵4的電磁力，從而改變彈簧3的拉伸長(zhǎng)度，以此來(lái)改變多足機(jī)器人腿部的柔性腿 I中剛性導(dǎo)柱2的高度，改變?nèi)嵝酝菼下部的剛度。柔性腿I的下部為由半固化玻璃纖維柔性材料制成的柔性部位，柔性腿I與地面接觸，對(duì)來(lái)自地面的沖擊、震動(dòng)可以起到緩沖、減震的效果，提高機(jī)器人行走穩(wěn)定性，柔性腿I的頂部設(shè)有階梯孔11，電磁鐵4設(shè)在階梯孔11內(nèi)。剛性導(dǎo)柱2的四周設(shè)有十字頁(yè)，吊耳21設(shè)在十字頁(yè)上，通過(guò)十字頁(yè)與柔性腿I上十字槽的配合，對(duì)剛性導(dǎo)柱2在柔性腿I內(nèi)的移動(dòng)起導(dǎo)向、穩(wěn)定作用。剛性導(dǎo)柱2由碳鋼制成。電磁鐵4為圓柱形電磁鐵，電磁鐵4的磁力受控制電路控制。當(dāng)機(jī)器人需要轉(zhuǎn)向時(shí)，控制電路控制該側(cè)機(jī)器人腿部的電磁鐵4通電，通電后的電磁鐵4產(chǎn)生吸附力，吸引剛性導(dǎo)柱2沿十字槽上升，此時(shí)柔性腿I下部觸地，柔性腿I的柔性部位產(chǎn)生彎曲變形，使得腿部有效長(zhǎng)度變短，從而使該腿前進(jìn)的步長(zhǎng)減小，產(chǎn)生轉(zhuǎn)向行為。多足機(jī)器人直線行走時(shí)，不需要改變腿部的剛度，因此電磁鐵均處于未通電狀態(tài)，柔性腿I下部和剛性導(dǎo)柱2同時(shí)著地，此時(shí)多條腿剛度相同。多足機(jī)器人按照三角步態(tài)向前直行。由于觸地部分為柔性腿1，即使在崎嶇的路面上行走，機(jī)器人仍具有不錯(cuò)的穩(wěn)定性。多足機(jī)器人可以向左、右兩個(gè)方向轉(zhuǎn)向。當(dāng)多足機(jī)器人需要向左轉(zhuǎn)向時(shí)，控制電路控制左側(cè)腿部的電磁鐵4通電，電磁鐵4產(chǎn)生吸附力，吸引剛性導(dǎo)柱2沿十字槽上升，此時(shí)左側(cè)腿部柔性腿I下半部分的柔性部位觸地。由于觸地的柔性部分和地面有力的作用，腿部整體剛度減小，導(dǎo)致柔性部分產(chǎn)生彎曲變形，進(jìn)而減少左側(cè)腿前進(jìn)的步長(zhǎng)，產(chǎn)生左轉(zhuǎn)行為。當(dāng)多足機(jī)器人需要向右轉(zhuǎn)向時(shí)，控制電路控制右側(cè)腿部的電磁鐵4通電，電磁鐵4產(chǎn)生吸附力，吸引剛性導(dǎo)柱2沿十字槽上升，此時(shí)右側(cè)腿部柔性腿I下半部分的柔性部分觸地。由于觸地的柔性部分和地面有力的作用，腿部整體剛度減小，導(dǎo)致柔性部分產(chǎn)生彎曲變形，進(jìn)而減少右側(cè)腿前進(jìn)的步長(zhǎng)，產(chǎn)生右轉(zhuǎn)行為。根據(jù)路面情況，轉(zhuǎn)向的半徑大小可控。轉(zhuǎn)向半徑大時(shí)，控制電路控制電磁鐵4的輸入電流較大，電磁鐵4產(chǎn)生較大的吸力，因此剛性導(dǎo)柱2上升距離較大，與地面接觸的柔性部分長(zhǎng)度更長(zhǎng)，使整條腿的剛度降低更大，變形更加顯著，轉(zhuǎn)向半徑因而更大。需要的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)結(jié)束后，控制電路可控制斷開(kāi)電磁鐵4的輸入電流，剛性導(dǎo)柱2在彈簧3的彈力作用下恢復(fù)至未通電時(shí)的狀態(tài)，多足機(jī)器人即可繼續(xù)直線行走?！?br> 權(quán)利要求
1.一種多足機(jī)器人腿部差動(dòng)導(dǎo)向裝置，其特征在于，該裝置包括柔性腿(I)、剛性導(dǎo)柱(2)、彈簧(3)、電磁鐵(4)及端蓋(5)，所述的柔性腿⑴為中空結(jié)構(gòu)，柔性腿⑴的頂部與端蓋(5)連接，柔性腿(I)的上部開(kāi)設(shè)有十字槽，柔性腿(I)的內(nèi)部由下到上依次設(shè)有剛性導(dǎo)柱(2)、彈簧(3)及電磁鐵(4)，所述的剛性導(dǎo)柱⑵的側(cè)面設(shè)有吊耳(21)，吊耳(21)伸出十字槽固定在機(jī)器人腿部機(jī)架上，所述的彈簧(3)與剛性導(dǎo)柱(2)連接，所述的電磁鐵(4)通過(guò)電線與控制電路連接，控制電路與機(jī)器人手持遙控器通過(guò)紅外信號(hào)進(jìn)行通訊；當(dāng)機(jī)器人需要轉(zhuǎn)向時(shí)，控制電路控制該側(cè)機(jī)器人腿部的電磁鐵(4)通電，通電后的電磁鐵(4)產(chǎn)生吸附力，吸引剛性導(dǎo)柱(2)沿十字槽上升，此時(shí)柔性腿(I)下部觸地，柔性腿(I)產(chǎn)生彎曲變形，使得腿部有效長(zhǎng)度變短，從而使該腿前進(jìn)的步長(zhǎng)減小，產(chǎn)生轉(zhuǎn)向行為。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種多足機(jī)器人腿部差動(dòng)導(dǎo)向裝置，其特征在于，所述的柔性腿(I)的下部為由半固化玻璃纖維柔性材料制成的柔性部位。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種多足機(jī)器人腿部差動(dòng)導(dǎo)向裝置，其特征在于，所述的柔性腿(I)的頂部設(shè)有階梯孔(11)，所述的電磁鐵(4)設(shè)在階梯孔(11)內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種多足機(jī)器人腿部差動(dòng)導(dǎo)向裝置，其特征在于，所述的剛性導(dǎo)柱(2)的四周設(shè)有十字頁(yè)，所述的吊耳(21)設(shè)在十字頁(yè)上，十字頁(yè)與柔性腿(I)上十字槽相配合，對(duì)剛性導(dǎo)柱(2)在柔性腿(I)內(nèi)的移動(dòng)起導(dǎo)向、穩(wěn)定作用。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種多足機(jī)器人腿部差動(dòng)導(dǎo)向裝置，其特征在于，所述的剛性導(dǎo)柱⑵由碳鋼制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種多足機(jī)器人腿部差動(dòng)導(dǎo)向裝置，其特征在于，所述的電磁鐵(4)為圓柱形電磁鐵，電磁鐵(4)的磁力受控制電路控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多足機(jī)器人腿部差動(dòng)導(dǎo)向裝置，該裝置包括柔性腿、剛性導(dǎo)柱、彈簧、電磁鐵及端蓋，柔性腿的頂部與端蓋連接，柔性腿的內(nèi)部由下到上依次設(shè)有剛性導(dǎo)柱、彈簧及電磁鐵，剛性導(dǎo)柱的側(cè)面設(shè)有吊耳，吊耳伸出十字槽固定在機(jī)器人腿部機(jī)架上，彈簧與剛性導(dǎo)柱相連接，電磁鐵通過(guò)電線與控制電路相連接；當(dāng)機(jī)器人需要轉(zhuǎn)向時(shí)，控制電路控制該側(cè)機(jī)器人腿部的電磁鐵通電，電磁鐵產(chǎn)生吸附力，吸引剛性導(dǎo)柱上升，此時(shí)柔性腿下部觸地并產(chǎn)生彎曲變形，使得腿部有效長(zhǎng)度變短，從而使該腿前進(jìn)的步長(zhǎng)減小，產(chǎn)生轉(zhuǎn)向行為。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊、調(diào)整迅速、地面自適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)，它能夠?qū)崿F(xiàn)足式機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎和有效地提高行走性能。
文檔編號(hào)B62D57/032GK102910219SQ20121042488
公開(kāi)日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月30日
發(fā)明者謝紅, 汪旭紅, 王濤, 李尚 , 華濱濱, 韓飛, 于學(xué)海 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)