雙扭搖桿式被動(dòng)行走器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于被動(dòng)行走機(jī)器人領(lǐng)域，具體涉及一種雙扭搖桿式被動(dòng)行走器。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)今，機(jī)器人技術(shù)是世界各國(guó)研宄的熱點(diǎn)，尤其是被動(dòng)行走機(jī)器人的研宄更是該 領(lǐng)域的前沿科技。國(guó)內(nèi)外在被動(dòng)行走機(jī)器人的研宄上已經(jīng)取得了不錯(cuò)的成果，研發(fā)出了很 多代表性的物理樣機(jī)原型。但這些被動(dòng)行走模型但為大腳設(shè)計(jì)，占用空間大，使用價(jià)值不 高；而且這些被動(dòng)模型都涉及到了擺動(dòng)腿腳擦地的問(wèn)題，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要搭建特殊坡面 才能正常行走。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種雙扭搖桿式被動(dòng)行走器，除了能夠?qū)崿F(xiàn)只依 賴自然力及本身結(jié)構(gòu)沿著坡面穩(wěn)定下行的動(dòng)作外，腳部使用點(diǎn)觸地方式，還能完美的解決 擺動(dòng)腿腳擦地的問(wèn)題，魯棒性更強(qiáng)，實(shí)際運(yùn)用中有著更廣的空間。
[0004] 本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0005] 雙扭搖桿式被動(dòng)行走器，包括由兩根內(nèi)側(cè)腿和兩個(gè)外側(cè)腿組成的腿部，所述內(nèi)側(cè) 腿與外側(cè)腿通過(guò)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(nèi)側(cè)腿可轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)置在上橫軸上，所述兩根外側(cè)腿分別可轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè) 置在兩端的下橫軸上，所述內(nèi)、外側(cè)腿上均設(shè)置有可在其上滑動(dòng)的滑管，所述兩根內(nèi)側(cè)腿上 的滑管通過(guò)同步軸連接成一個(gè)同步運(yùn)動(dòng)的整體，所述內(nèi)側(cè)腿上的滑管與對(duì)應(yīng)的外側(cè)腿上的 滑管之間設(shè)置有扭簧，所述扭簧與中段橫軸之間設(shè)置有H型支撐件，所述中段橫軸可轉(zhuǎn)動(dòng) 的穿過(guò)H型支撐件的上端，所述扭簧穿過(guò)H型支撐件的下端。
[0006] 進(jìn)一步，所述腿部的下端設(shè)置有作為觸地部分的腳部，所述腳部為四個(gè)完全相同 的倒三角柱，所述倒三角柱與斜坡地面線接觸設(shè)置。
[0007] 進(jìn)一步，所述腿部的內(nèi)外側(cè)腿為四根完全相同的長(zhǎng)直腿，其中，行走時(shí)，內(nèi)側(cè)腿或 者外側(cè)腿中與斜坡地面接觸的為支撐腿，離開(kāi)斜坡地面的為擺動(dòng)腿。
[0008] 進(jìn)一步，所述內(nèi)外側(cè)腿上的滑管與扭簧形成本被動(dòng)行走器的雙扭關(guān)節(jié)部分。
[0009] 進(jìn)一步，所述曲軸與雙扭關(guān)節(jié)部分以及H型支撐件共同形成了本被動(dòng)行走器的髖 部，所述髖部作為本被動(dòng)行走器的動(dòng)作支撐部分，髖部上部通過(guò)曲軸與腿部的實(shí)現(xiàn)連接，曲 軸可自由轉(zhuǎn)動(dòng)；髖部下部由扭簧部分穿過(guò)并固定，雙扭關(guān)節(jié)部分為完全對(duì)稱兩部分組成，曲 軸處于豎直狀態(tài)時(shí)扭簧為松弛狀態(tài)。
[0010] 進(jìn)一步，所述髖部曲軸長(zhǎng)度為d，曲軸旋轉(zhuǎn)半徑為r，曲軸旋轉(zhuǎn)角度為α，髖部上部 質(zhì)心質(zhì)量為m，髖部下部質(zhì)心質(zhì)量為M ;擺動(dòng)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(shù)為k;所述斜坡地面傾角為γ，系統(tǒng)各部分參數(shù)應(yīng)滿足如下動(dòng) 力學(xué)方程：
[0011] 擺動(dòng)過(guò)程中系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 雙扭搖桿式被動(dòng)行走器，其特征在于：包括由兩根內(nèi)側(cè)腿和兩個(gè)外側(cè)腿組成的腿 部，所述內(nèi)側(cè)腿與外側(cè)腿通過(guò)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(nèi)側(cè)腿可轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)置在上橫軸上，所述兩根外側(cè)腿分別 可轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)置在兩端的下橫軸上，所述內(nèi)、外側(cè)腿上均設(shè)置有可在其上滑動(dòng)的滑管，所述兩 根內(nèi)側(cè)腿上的滑管通過(guò)同步軸連接成一個(gè)同步運(yùn)動(dòng)的整體，所述內(nèi)側(cè)腿上的滑管與對(duì)應(yīng)的 外側(cè)腿上的滑管之間設(shè)置有扭簧，所述扭簧與中段橫軸之間設(shè)置有H型支撐件，所述中段 橫軸可轉(zhuǎn)動(dòng)的穿過(guò)H型支撐件的上端，所述扭簧穿過(guò)H型支撐件的下端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙扭搖桿式被動(dòng)行走器，其特征在于：所述腿部的下端設(shè)置 有作為觸地部分的腳部，所述腳部為四個(gè)完全相同的倒三角柱，所述倒三角柱與斜坡地面 線接觸設(shè)置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙扭搖桿式被動(dòng)行走器，其特征在于：所述腿部的內(nèi)外側(cè)腿 為四根完全相同的長(zhǎng)直腿，其中，行走時(shí)，內(nèi)側(cè)腿或者外側(cè)腿中與斜坡地面接觸的為支撐 腿，離開(kāi)斜坡地面的為擺動(dòng)腿。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙扭搖桿式被動(dòng)行走器，其特征在于：所述內(nèi)外側(cè)腿上的滑 管與扭簧形成本被動(dòng)行走器的雙扭關(guān)節(jié)部分。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙扭搖桿式被動(dòng)行走器，其特征在于：所述曲軸與雙扭關(guān)節(jié) 部分以及H型支撐件共同形成了本被動(dòng)行走器的髖部，所述髖部作為本被動(dòng)行走器的動(dòng)作 支撐部分，髖部上部通過(guò)曲軸與腿部的實(shí)現(xiàn)連接，曲軸可自由轉(zhuǎn)動(dòng)；髖部下部由扭簧部分穿 過(guò)并固定，雙扭關(guān)節(jié)部分為完全對(duì)稱兩部分組成，曲軸處于豎直狀態(tài)時(shí)扭簧為松弛狀態(tài)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙扭搖桿式被動(dòng)行走器，其特征在于：所述髖部曲軸長(zhǎng)度為 d，曲軸旋轉(zhuǎn)半徑為r，曲軸旋轉(zhuǎn)角度為α，髖部上部質(zhì)心質(zhì)量為m，髖部下部質(zhì)心質(zhì)量為M ; 擺動(dòng)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(shù)為k;所述 斜坡地面傾角為γ，系統(tǒng)各部分參數(shù)應(yīng)滿足如下動(dòng)力學(xué)方程： 擺動(dòng)過(guò)程中系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程為：
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙扭搖桿式被動(dòng)行走器，其特征在于：所述行走器的行走方 式分為以下幾個(gè)步驟： a、 將外側(cè)腿置于最低狀態(tài)，放置在斜坡，且與斜坡夾角為β ; b、 給曲軸一個(gè)初始速度，方向逆時(shí)針，轉(zhuǎn)速w，釋放行走器； c、 行走器外側(cè)腿進(jìn)行倒立擺，內(nèi)側(cè)腿因曲軸、雙扭關(guān)節(jié)和重力作用實(shí)現(xiàn)前擺下沉； d、 曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)到水平位置時(shí)，內(nèi)側(cè)腿觸地，內(nèi)側(cè)腿變?yōu)橹瓮冗M(jìn)行倒立擺，在曲軸和雙扭 關(guān)節(jié)作用下，外側(cè)腿實(shí)現(xiàn)前擺上提； e、曲軸繼續(xù)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)半周后，外側(cè)腿再次觸地，重復(fù)c)、d)、e)過(guò)程。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了的雙扭搖桿式被動(dòng)行走器包括由兩根內(nèi)側(cè)腿和兩個(gè)外側(cè)腿組成的腿部，所述內(nèi)側(cè)腿與外側(cè)腿通過(guò)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(nèi)側(cè)腿可轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)置在上橫軸上，所述兩根外側(cè)腿分別可轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)置在兩端的下橫軸上，所述內(nèi)、外側(cè)腿上均設(shè)置有可在其上滑動(dòng)的滑管，所述兩根內(nèi)側(cè)腿上的滑管通過(guò)同步軸連接成一個(gè)同步運(yùn)動(dòng)的整體，所述內(nèi)側(cè)腿上的滑管與對(duì)應(yīng)的外側(cè)腿上的滑管之間設(shè)置有扭簧，所述扭簧與中段橫軸之間設(shè)置有H型支撐件，所述中段橫軸可轉(zhuǎn)動(dòng)的穿過(guò)H型支撐件的上端，所述扭簧穿過(guò)H型支撐件的下端。本發(fā)明解決了擺動(dòng)腿腳擦地的問(wèn)題，魯棒性更強(qiáng)，實(shí)際運(yùn)用中有著更廣的空間。
【IPC分類】B62D57-032
【公開(kāi)號(hào)】CN104742997
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510137039
【發(fā)明人】李清都, 劉國(guó)棟, 金雪亮, 蔡浩, 樊鎖鐘, 熊詩(shī)琪, 劉娣, 胡文亞, 趙克奉, 唐俊, 刁建, 李永
【申請(qǐng)人】重慶郵電大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2015年3月26日