CN108382486A - 一种三足欠驱动行走器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三足欠驱动行走器及其控制方法，行走器包括：一内摆腿、一对外摇腿、推杆电机、电机、2个第一T型联轴器及2个第二T型联轴器，内摆腿固定在电机底部；外摇腿的设置有第一固定光轴及第二固定光轴；推杆电机两端对称设置有镜像同步动作的推轴；电机两端对称设置有转动轴；第一T型联轴器的长端部与推杆电机对应的推轴固定连接，横端部与第一固定光轴转动连接；第二T型联轴器的长端部与电机对应的转动轴固定连接，横端部与第二固定光轴转动连接。该三足欠驱动行走器及其控制方法实现了二维欠驱动行走，具有良好平稳性能，能克服脚擦地缺陷，能够充分利用动态行走过程，降低行走器耗能。

Description

一种三足欠驱动行走器及其控制方法

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种三足欠驱动行走器及其控制方法。

背景技术

自被动行走理论被提出以来，传统机器人的主动控制方法得到改进，一系列半被动仿生机器人出现。基于被动行走理论，无需对关节进行实时驱动控制，所以使用该理论设计的机器人能耗较低，活动范围更广，使用寿命更长。

现有技术中的欠驱动机器人多为四足，在增加其稳定性的基础上，同时增加了能耗。

发明内容

本发明提供了一种三足欠驱动行走器及其控制方法，解决了或部分解决了现有技术中四足欠驱动机器人能耗高的技术问题。

本发明提供的一种三足欠驱动行走器，包括：一内摆腿、一对外摇腿、推杆电机、电机、2个第一T型联轴器及2个第二T型联轴器，其中：

所述内摆腿固定在所述电机底部；

所述外摇腿的设置有第一固定光轴及第二固定光轴，所述第一固定光轴的位置高于所述第二固定光轴的位置；

所述推杆电机两端对称设置有镜像同步动作的推轴；

所述电机两端对称设置有转动轴；

所述第一T型联轴器与所述第二T型联轴器结构相同，包括：长端部及与所述长端部垂直固定的横端部，所述横端部内设容置所述第一固定光轴或所述第二固定光轴的通孔；

所述第一T型联轴器的所述长端部与所述推杆电机对应的所述推轴固定连接，所述横端部与所述第一固定光轴转动连接；

所述第二T型联轴器的所述长端部与所述电机对应的所述转动轴固定连接，所述横端部与所述第二固定光轴转动连接。

作为优选，所述外摇腿的长度大于所述内摆腿的长度。

作为优选，所述内摆腿的底端设置有用于触地的圆柱形脚部。

作为优选，所述外摇腿的底端设置有用于触地的脚部。

作为优选，还包括综合控制单元，设置在所述内摆腿上；

所述综合控制单元包括：控制器、传感器及电池，其中：

所述传感器获取所述内摆腿及所述外摇腿的姿态信息；

所述控制器与所述传感器、所述电机及所述推杆电机电性连接，所述控制器接收所述姿态信息并控制所述电机及所述推杆电机动作；

所述电池提供电能给所述控制器、所述传感器、所述电机及所述推杆电机。

作为优选，还包括支撑板，固定在所述内摆腿的顶端；

所述电机、所述控制器、传感器及电池固定在所述支撑板上。

作为优选，所述第一固定光轴设置在所述外摇腿的顶端。

作为优选，所述电机水平设置，所述内摆腿垂直固定在所述电机下方。

基于同样的发明构思，本申请还提供了一种三足欠驱动行走器的控制方法，用于控制所述三足欠驱动行走器进行持续行走，包括以下步骤：

S1：将所述内摆腿与所述外摇腿交叉30°放置，设定所述内摆腿的初始位置方向为正方向；

S2：所述电机逆时针旋转设定角度，所述内摆腿抬起，使所述三足欠驱动行走器的重心前倾，所述三足欠驱动行走器获取正方向速度，此时，所述外摇腿为支撑腿；

S3：所述内摆腿翻转触地，所述推杆电机的两个所述推轴同步收缩，使所述外摇腿向外侧抬起，此时，所述内摆腿为支撑腿，所述外摇腿为摆动腿；

S4：所述电机顺时针旋转，使所述外摇腿达向所述内摆腿摆动；

S5：所述推杆电机的两个所述推轴同步伸长至初始位置，所述外摇腿触地，此时，所述支撑腿切换为所述外摇腿，所述摆动腿切换为所述内摆腿；

S6：所述电机顺时针旋转，所述内摆腿摆动抬起；

S7：依次重复步骤S3～S6，完成所述持续行走的过程。

本申请中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

通过采用由一内摆腿、一对外摇腿、推杆电机、电机、2个第一T型联轴器及2个第二T型联轴器组成的三足欠驱动行走器，通过电机、推杆电机协同配合驱动内摆腿和外摇腿，实现三足欠驱动行走器的二维欠驱动行走，在行走过程中，当外摇腿为支撑腿时，电机驱动内摆腿抬起而摆动，使行走器向前运动完成第一周期行走步态，当内摆腿为支撑腿时，推杆电机的推轴同步伸长使外摇腿抬离地面，同时电机驱动外摇腿向内摆腿摆动，使行走器继续向前运动完成第二周期行走步态，这样，不断重复第一周期行走步态和第二周期行走步态的过程，即实现了行走器的二维欠驱动行走。这样，有效解决了现有技术中四足欠驱动机器人能耗高的技术问题，实现了二维欠驱动行走，具有良好平稳性能，能克服脚擦地缺陷，能够充分利用动态行走过程，降低行走器耗能的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。

图1为本发明实施例提供的三足欠驱动行走器的结构示意图；

图2为图1中内摆腿的结构示意图；

图3为图1中外摇腿的结构示意图；

图4为图1中第一T型联轴器的结构示意图；

图5为图1中推杆电机的结构示意图。

(附图中各标号代表的部件依次为：1内摆腿、2外摇腿、3推杆电机、31推轴、4第一T型联轴器、41横端部、42长端部、5第一固定光轴、6电机、61转动轴、7第二T型联轴器、8第二固定光轴、9支撑板、10圆柱形脚部、11脚部)

具体实施方式

本申请实施例提供的三足欠驱动行走器及其控制方法，解决了或部分解决了现有技术中四足欠驱动机器人能耗高的技术问题。

本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

参见附图1，本申请通过采用由一内摆腿1、一对外摇腿2、推杆电机3、电机6、2个第一T型联轴器4及2个第二T型联轴器7组成的三足欠驱动行走器，通过电机6、推杆电机3协同配合驱动内摆腿1和外摇腿2，实现三足欠驱动行走器的二维欠驱动行走，在行走过程中，当外摇腿2为支撑腿时，电机6驱动内摆腿1抬起而摆动，使行走器向前运动完成第一周期行走步态，当内摆腿1为支撑腿时，推杆电机3的推轴31同步伸长使外摇腿2向外侧抬离地面，同时电机6驱动外摇腿2向内摆腿1摆动，使行走器继续向前运动完成第二周期行走步态，这样，不断重复第一周期行走步态和第二周期行走步态的过程，使行走器持续行走，实现了二维欠驱动行走，具有良好平稳性能，能克服脚擦地缺陷，能够充分利用动态行走过程，降低行走器耗能的技术效果。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

本申请提供的一种三足欠驱动行走器，包括：一内摆腿1、一对外摇腿2、推杆电机3、电机6、2个第一T型联轴器4及2个第二T型联轴器7，其中：

参见附图1和2，内摆腿1固定在电机6底部；参见附图1和3，外摇腿2的设置有第一固定光轴5及第二固定光轴8，第一固定光轴5的位置高于第二固定光轴8的位置；参见附图1和5，推杆电机3两端对称设置有镜像同步动作的推轴31；电机6两端对称设置有转动轴61；参见附图4，第一T型联轴器4与第二T型联轴器7结构相同，包括：长端部42及与长端部42垂直固定的横端部41，横端部41内设容置第一固定光轴5或第二固定光轴8的通孔。

第一T型联轴器4的长端部42与推杆电机3对应的推轴31固定连接，横端部41与第一固定光轴5转动连接；第二T型联轴器7的长端部与电机6对应的转动轴61固定连接，横端部与第二固定光轴8转动连接。

其中，外摇腿2的长度大于内摆腿1的长度。内摆腿1的底端设置有用于触地的圆柱形脚部10。外摇腿2的底端设置有用于触地的脚部11。第一固定光轴5设置在外摇腿2的顶端。电机6水平设置，内摆腿1垂直固定在电机6下方。

进一步的，该三足欠驱动行走器还包括综合控制单元，设置在内摆腿1上；综合控制单元包括：控制器、传感器及电池，其中：传感器获取内摆腿1及外摇腿2的姿态信息；控制器与传感器、电机6及推杆电机3电性连接，控制器接收姿态信息并控制电机6及推杆电机3动作；电池提供电能给控制器、传感器、电机6及推杆电机3。

进一步的，该三足欠驱动行走器还包括支撑板9，固定在内摆腿1的顶端；电机6、控制器、传感器及电池固定在支撑板9上。

基于同样的发明构思，本申请还提供了一种三足欠驱动行走器的控制方法，用于控制该三足欠驱动行走器进行持续行走，包括以下步骤：

S1：将内摆腿1与外摇腿2交叉30°放置，设定内摆腿1的初始位置方向为正方向；打开支撑板9上电源，装置启动。

S2：电机6逆时针旋转设定角度(从图1的左视观察)，内摆腿1抬起，使三足欠驱动行走器的重心前倾，三足欠驱动行走器获取正方向速度，此时，外摇腿2为支撑腿。

S3：内摆腿1翻转触地，推杆电机3的两个推轴31同步收缩，使外摇腿2向外侧抬起，此时，内摆腿1为支撑腿，外摇腿2为摆动腿。

S4：电机6顺时针旋转，使外摇腿2达向内摆腿1摆动。

S5：推杆电机3的两个推轴31同步伸长至初始位置，外摇腿2触地，此时，支撑腿切换为外摇腿2，摆动腿切换为内摆腿1。

S6：电机6顺时针旋转，内摆腿1摆动抬起。

S7：依次重复步骤S3～S6，完成持续行走的过程。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种三足欠驱动行走器，其特征在于，包括：一内摆腿、一对外摇腿、推杆电机、电机、2个第一T型联轴器及2个第二T型联轴器，其中：

所述内摆腿固定在所述电机底部；

所述外摇腿的设置有第一固定光轴及第二固定光轴，所述第一固定光轴的位置高于所述第二固定光轴的位置；

所述推杆电机两端对称设置有镜像同步动作的推轴；

所述电机两端对称设置有转动轴；

所述第一T型联轴器与所述第二T型联轴器结构相同，包括：长端部及与所述长端部垂直固定的横端部，所述横端部内设容置所述第一固定光轴或所述第二固定光轴的通孔；

所述第一T型联轴器的所述长端部与所述推杆电机对应的所述推轴固定连接，所述横端部与所述第一固定光轴转动连接；

所述第二T型联轴器的所述长端部与所述电机对应的所述转动轴固定连接，所述横端部与所述第二固定光轴转动连接。

2.如权利要求1所述的三足欠驱动行走器，其特征在于，所述外摇腿的长度大于所述内摆腿的长度。

3.如权利要求1所述的三足欠驱动行走器，其特征在于，所述内摆腿的底端设置有用于触地的圆柱形脚部。

4.如权利要求1所述的三足欠驱动行走器，其特征在于，所述外摇腿的底端设置有用于触地的脚部。

5.如权利要求1所述的三足欠驱动行走器，其特征在于，还包括综合控制单元，设置在所述内摆腿上；

所述综合控制单元包括：控制器、传感器及电池，其中：

所述传感器获取所述内摆腿及所述外摇腿的姿态信息；

所述控制器与所述传感器、所述电机及所述推杆电机电性连接，所述控制器接收所述姿态信息并控制所述电机及所述推杆电机动作；

所述电池提供电能给所述控制器、所述传感器、所述电机及所述推杆电机。

6.如权利要求5所述的三足欠驱动行走器，其特征在于，还包括支撑板，固定在所述内摆腿的顶端；

所述电机、所述控制器、传感器及电池固定在所述支撑板上。

7.如权利要求1所述的三足欠驱动行走器，其特征在于，所述第一固定光轴设置在所述外摇腿的顶端。

8.如权利要求1所述的三足欠驱动行走器，其特征在于，所述电机水平设置，所述内摆腿垂直固定在所述电机下方。

9.一种三足欠驱动行走器的控制方法，其特征在于，用于控制权利要求1～8任一项所述的三足欠驱动行走器进行持续行走，包括以下步骤：

S1：将所述内摆腿与所述外摇腿交叉30°放置，设定所述内摆腿的初始位置方向为正方向；

S2：所述电机逆时针旋转设定角度，所述内摆腿抬起，使所述三足欠驱动行走器的重心前倾，所述三足欠驱动行走器获取正方向速度，此时，所述外摇腿为支撑腿；

S3：所述内摆腿翻转触地，所述推杆电机的两个所述推轴同步收缩，使所述外摇腿向外侧抬起，此时，所述内摆腿为支撑腿，所述外摇腿为摆动腿；

S4：所述电机顺时针旋转，使所述外摇腿达向所述内摆腿摆动；

S5：所述推杆电机的两个所述推轴同步伸长至初始位置，所述外摇腿触地，此时，所述支撑腿切换为所述外摇腿，所述摆动腿切换为所述内摆腿；

S6：所述电机顺时针旋转，所述内摆腿摆动抬起；

S7：依次重复步骤S3～S6，完成所述持续行走的过程。