2d四足機器人的轉彎結構及其控制方法
【專利摘要】本發明公開一種2D四足機器人的轉彎結構及其控制方法，該裝置包括一個滾珠絲桿，“人”字形結構的拉絲，該絲桿固定在機器人上部平臺上，拉絲固定在兩腿之間，通過驅動電機來拉動。以及驅動絲桿轉動的驅動電機，電機配有編碼器用來檢測電機轉速。通過拉絲拉動來限制兩腿之間的距離，改變步長大小，通過一定的時間積累就可以到達轉彎的效果。該裝置是一種結構簡潔，設計精巧的轉彎裝置，可以用較少的機械部件結構實現轉彎動作，并且有效地解決了2D機器人轉彎以及轉彎不穩定的狀況。
【專利說明】
2D四足機器人的轉彎結構及其控制方法
技術領域
[0001] 本發明設及機器人領域，具體是一種2D四足機器人的轉彎結構及其控制方法，可 W用于康復醫療、玩具、軍事等領域。
【背景技術】
[0002] 目前，機器人的研究在世界各國都是一個熱點，對2D足式機器人的研究更是如火 如茶，目前已面世2D足式機器人已經取得了一定的成果，但也有明顯的缺點，特別是在轉彎 的控制結構和方法上均存在一定的缺陷，例如，不同于3D足式機器人，2D足式機器人在結構 上缺少髓關節的側向運動，因此2D雙足機器人一般無法正常實現轉彎行走。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在于提供一種簡單、穩定W及有效的能夠使2D四足機器人轉彎的裝 置及其控制方法，該裝置及控制方法可W實現2D四足機器人的轉彎。
[0004] 為了實現上述目的本發明采用如下技術方案：2D四足機器人的轉彎結構，包括直 腿I、直腿Π 、直腿虹、直腿IV，W及設置于所述直腿I、直腿Π 、直腿虹和直腿IV上部的機器 人上部平臺，安裝于所述機器人上部平臺上的滾珠絲桿，聯軸器、電機、拉絲IW及拉絲Π ， 所述滾珠絲桿由螺桿、滾珠滑塊和滾珠構成，滾珠隱含在所述滾珠滑塊與螺桿結合處，所述 螺桿通過聯軸器連接電機，在所述直腿I、直腿Π 、直腿虹和直腿IV上分別固定設置鎖扣I、 鎖扣Π 、鎖扣虹和鎖扣IV，所述拉絲I和拉絲Π 均呈"人"字形，拉絲I和拉絲Π 的上端分別固 定在滾珠滑塊上，拉絲I的兩下端分別固定在鎖扣I和鎖扣Π 上，拉絲Π 的兩下端分別固定 在鎖扣虹和鎖扣IV上。還包括與電機連接的編碼器，用于測量電機的轉速。
[0005] 為了更好地實現本發明，所述呈"人"字形的拉絲I由兩根柔性鋼絲構成，其中第一 條柔性鋼絲的長度大于2D四足機器人同一側內外直腿1/2處正常叉開時的間隔距離擊，第 二條柔性鋼絲長度大于左
岸中I為直腿長度的據2，點為2D四足機 器人上部平臺長度的"2,將第二條柔性鋼絲的一端固定在第一條柔性鋼絲的中點;拉絲Π 的構成方式與拉絲I相同。拉絲上端分別固定在滾珠滑塊的中點，拉絲下端分別固定在鎖扣 上，W此安裝在機器人上，拉絲I和拉絲Π 均處于細緊的狀態呈現"人"字形。
[0006] -種2D四足機器人的轉彎結構的控制方法，包括2D四足機器人發出轉彎指令，控 制轉彎結構的電機轉動進而帶動滾珠滑塊向左或向右移動，使得拉絲Π 或拉絲I向上拉緊 從而減小機器人右側或左側步長，W使機器人兩側產生步長差，進而使得機器人向右或向 左轉彎。機器人初始狀態和機器人直行狀態下，滾珠滑塊位于螺桿中間。
[0007] 本發明的有益效果是:本2D四足機器人的轉彎結構，通過簡單的滾珠絲桿加拉絲 結構，在確保機械系統低復雜度的情況下，控制2D四足機器人兩側腿部產生步長差來實現 轉彎。
[000引本發明的其他優點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并 且在某種程度上，基于對下文的研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或者可w從 本發明的實踐中得到教導。本發明的目標和其他優點可W通過下面的說明書來實現和獲 得。
【附圖說明】
[0009] 為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合【附圖說明】對本發明 作進一步的闡述，其中： 圖1是本發明的結構及其在2D四足機器人平臺上的安裝示意圖（正面）； 圖2是2D四足機器人利用本發明轉彎的狀態示意圖； 圖中：1-機器人上部平臺，2-滾珠絲桿，3-螺桿，4-滾珠滑塊，5-聯軸器，6-電機，7-編碼 器，8-拉絲Π ，9-鎖扣IV，10-鎖扣虹，11-直腿IV，12-直腿虹，13-直腿Π ，14-直腿I，15-鎖扣 1，16-鎖扣11，17-拉絲1。
【具體實施方式】
[0010] W下將參照附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。應當理解，優選實施例 僅為了說明本發明，而不是為了限制本發明的保護范圍。
[0011] 本發明所適用的2D四足機器人為采用分叉腿結構的足式機器人，如圖1和圖2所 示。參見圖1，2D四足機器人的轉彎結構，包括直腿114、直腿Π 13、直腿虹12、直腿IV11，W及 設置于所述直腿114、直腿Π 13、直腿虹12和直腿IV11上部的機器人上部平臺1，其特征在 于:還包括安裝于所述機器人上部平臺1上的滾珠絲桿2,聯軸器5、電機6、拉絲I17W及拉絲 Π 8，所述滾珠絲桿2由螺桿3、滾珠滑塊4和滾珠構成，所述螺桿3通過聯軸器5連接電機6，在 所述直腿114、直腿Π 13、直腿虹12和直腿IV11上分別固定設置鎖扣115、鎖扣Π 16、鎖扣虹 10和鎖扣IV9,各鎖扣固定后不能沿腿部上下移動;所述拉絲117和拉絲Π 8均呈"人"字形， 二者的結構互為鏡像，拉絲117和拉絲Π 8的上端分別固定在滾珠滑塊4上，拉絲117的兩下 端分別固定在鎖扣115和鎖扣Π 16上，拉絲Π 8的兩下端分別固定在鎖扣虹10和鎖扣IV9上。
[0012] 所述滾珠滑塊4為滾珠絲桿2-部分可在螺桿3上線性移動;所述滾珠隱含在滾珠 滑塊4與螺桿3結合處，且可沿著螺桿3滾動;所述電機6帶有編碼器7,通過編碼器7測出電機 6的轉速W便機器人控制器采用PID閉環控制算法控制電機轉速。
[0013] 整個轉彎結構按照圖1的方式安裝在2D四足機器人平臺上，且滾珠絲桿與機器人 的四足保持垂直;安裝完畢后滾珠絲桿上的滾珠滑塊初始情況下處于螺桿的中點，此時拉 絲I和拉絲Π 均處于細緊的狀態呈現"人"字形狀態如圖1所示，機器人可正常直行。
[0014] 本發明2D四足機器人的轉彎結構按如下控制方法控制機器人轉彎： 1、 初始情況，即2D四足機器人處于直行狀態，此時滾珠絲桿上的滾珠滑塊處于螺桿中 點處，拉絲I和拉絲Π 均細緊;機器人兩側步長相等，即：腿I和腿Π 間于下端處的距離與與 腿虹和腿IV間于下端處的距離&滿足等式接二皆； 2、 機器人控制器發出轉彎指令，控制系統采用PID控制算法驅動轉彎結構的電機順時 針或逆時針轉動，進而通過聯軸器帶動滾珠絲桿的螺桿順時針或逆時針轉動； 3、 螺桿順時針或逆時針轉動，進而帶動滾珠滑塊向左或向右移動機器人正面朝向 為前方），滾珠滑塊移動方向與螺桿轉動方向的對應關系按轉彎結構的具體安裝方式決定； 4、 滾珠滑塊向左(或向右)移動，進而帶動拉絲I向上拉緊(或拉絲Π 向上拉緊）（W圖1 面向文檔一面為機器人正面），于是減小機器人右側（或左側）的步長，而機器人左側（或右 偵D步長不變，于是機器人左右兩側腿出現步長差，當機器人兩側步長差達到一定值時，電 機停止轉動； 5、 機器人W上述狀態繼續行走，由于兩側步長差的原因機器人行走的路線為向右(或 向左)彎曲的弧線，從而實現右轉(或左轉）； 6、 機器人控制器發出直行指令，轉彎結構的電機轉動使得滾珠絲桿的滾珠滑塊移動到 螺桿中點處，直流電機停止轉動，轉彎結構回到初始狀態，機器人直行。
【主權項】
1.2D四足機器人的轉彎結構，包括直腿I (14)、直腿π (13 )、直腿虹（12)、直腿IV (11)， W及設置于所述直腿1(14)、直腿Π (13)、直腿虹（12)和直腿IV(ll)上部的機器人上部平臺 (1)，其特征在于:還包括安裝于所述機器人上部平臺（1)上的滾珠絲桿(2)，聯軸器巧）、電 機(6)、拉絲I (17) W及拉絲Π (8)，所述滾珠絲桿(2)由螺桿(3)、滾珠滑塊(4)和滾珠構成， 所述螺桿(3)通過聯軸器巧)連接電機(6)，在所述直腿1(14)、直腿Π (13)、直腿虹（12)和直 腿IV (11)上分別固定設置鎖扣I (15)、鎖扣Π (16)、鎖扣虹（10)和鎖扣IV (9)，所述拉絲I (17)和拉絲Π (8)均呈"人"字形，拉絲1(17)和拉絲Π (8)的上端分別固定在滾珠滑塊(4) 上，拉絲I (17)的兩下端分別固定在鎖扣I (15)和鎖扣Π (16)上，拉絲Π (8)的兩下端分別固 定在鎖扣虹（10)和鎖扣IV(9)上。2. 根據權利要求1所述2D四足機器人的轉彎結構，其特征在于:所述呈"人"字形的拉絲 1(17)由兩根柔性鋼絲構成，其中第一條柔性鋼絲的長度大于2D四足機器人同一側內外直 腿1/2處正常叉開時的間隔距離法，第二條柔性鋼絲長度大于其中《為直腿長度的1/2，格為2D四足機器人上部平臺長度的^ ]，將第二條柔性鋼絲的一 端固定在第一條柔性鋼絲的中點;拉絲Π (8)的構成方式與拉絲1(17)相同。3. 根據權利要求1或2所述2D四足機器人的轉彎結構，其特征在于:還包括與電機(6)連 接的編碼器(7)，用于測量電機(6)的轉速。4. 根據權利要求3所述2D四足機器人的轉彎結構，其特征在于:所述滾珠隱含在所述滾 珠滑塊(4 )與螺桿(3 )結合處。5. -種2D四足機器人的轉彎結構的控制方法，其特征在于:包括2D四足機器人發出轉 彎指令，控制轉彎結構的電機(6)轉動進而帶動滾珠滑塊(4)向左或向右移動，使得拉絲Π (8)或拉絲1(17)向上拉緊從而減小機器人右側或左側步長，W使機器人兩側產生步長差， 進而使得機器人向右或向左轉彎。6. 根據權利要求5所述2D四足機器人的轉彎結構的控制方法，其特征在于:機器人直行 狀態下，滾珠滑塊(4)位于螺桿(3)中間。
【文檔編號】B62D57/032GK105835982SQ201610219590
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月11日
【發明人】李清都, 冷潔, 楊芳艷, 金雪亮, 唐春茂, 延明珠, 周雪卿
【申請人】重慶郵電大學