專利名稱：用于仿人機(jī)器人、多足步行機(jī)上的腳用輪式移動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種腳用輪式移動(dòng)裝置，具體涉及一種用于仿人機(jī)器人、多足 步行機(jī)上的腳用輪式移動(dòng)裝置。
背景技術(shù)：
當(dāng)今包括仿人機(jī)器人在內(nèi)的腿式移動(dòng)機(jī)器人研究技術(shù)中，諸如日本本田公
司的ASIM0、日本通產(chǎn)省工業(yè)技術(shù)研究院的HRP2等機(jī)器人能夠以最快6km/h 的速度在平整地面穩(wěn)定步行、爬樓梯，但在環(huán)境適應(yīng)能力上仍然局限性很大。 腿式移動(dòng)機(jī)器人中，雙足步行機(jī)和多足步行機(jī)(多足是指三足或三足以上)行 走時(shí)，步行機(jī)的諸多關(guān)節(jié)需要至少十臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)才能步行移動(dòng)，因此步行機(jī)的 本體在步行移動(dòng)時(shí)耗能較大，尤其對(duì)于全自立型移動(dòng)機(jī)器人，本體上搭載的直 流電池等能量供給有限，可用時(shí)間短，為此，必須考慮在實(shí)現(xiàn)同樣的移動(dòng)條件 下如何減小能量消耗。
腿式移動(dòng)機(jī)器人在不平整路面上步行移動(dòng)時(shí)較輪式移動(dòng)機(jī)器人在越障能 力方面具有優(yōu)越性。但在平整路面上，輪式移動(dòng)較步行移動(dòng)在速度方面具有易 于提高的優(yōu)勢(shì)，輪式移動(dòng)機(jī)器人的移動(dòng)穩(wěn)定性也較雙足步行機(jī)器人(腿式移動(dòng) 機(jī)器人)好。因此，必須考慮如何彌補(bǔ)腿式移動(dòng)機(jī)器人在平整路面上移動(dòng)速度 不如輪式移動(dòng)機(jī)器人易于提高和穩(wěn)定的問(wèn)題。另處，腿式移動(dòng)機(jī)器人關(guān)節(jié)多， 驅(qū)動(dòng)元件多，需要至少十臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)各關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)才能獲得穩(wěn)定步行移動(dòng)， 因此，實(shí)現(xiàn)快速穩(wěn)定步行移動(dòng)的控制較復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于仿人機(jī)器人、多足步行機(jī)上的腳用輪式移 動(dòng)裝置；以解決現(xiàn)有的仿人機(jī)器人、多足步行機(jī)等腿式移動(dòng)機(jī)器人在平整路面 上不易實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定快速移動(dòng)、不易控制、在步行移動(dòng)時(shí)耗能較大的問(wèn)題。
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采取的技術(shù)方案是用于仿人機(jī)器人、多足步
行機(jī)上的腳用輪式移動(dòng)裝置由移動(dòng)方式轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)和輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成，所述移動(dòng)方式轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)由導(dǎo)向立柱、升降板、支撐件、第一驅(qū)動(dòng) 電機(jī)、第一帶輪、第一同步帶、第二帶輪、轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿和螺母組成；所述輪式移 動(dòng)機(jī)構(gòu)由第二電機(jī)、第三帶輪、第二同步帶、第四帶輪、支撐軸和驅(qū)動(dòng)輪組成; 所述支撐件水平固設(shè)在腳外側(cè)的上部，且所述支撐件位于腳外側(cè)端面底部上設(shè) 有的外沿的上方并與腳固接，升降板與螺母固接成一體，所述升降板套裝在導(dǎo) 向立柱上，導(dǎo)向立柱的一端安裝在外沿上，導(dǎo)向立柱的另一端安裝在支撐件上， 轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿與導(dǎo)向立柱平行設(shè)置，所述螺母套裝在轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿上，轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿的一端 安裝在外沿上，轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿的另一端安裝在支撐件上，第一帶輪安裝在第一驅(qū)動(dòng) 電機(jī)的輸出軸上，第一帶輪通過(guò)第一同步帶與第二帶輪連接，第二帶輪安裝在 轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿穿出支撐件的端部上；第三帶輪安裝在第二電機(jī)的輸出軸上，第三帶 輪通過(guò)第二同步帶與第四帶輪連接，第四帶輪安裝在支撐軸的一端上，驅(qū)動(dòng)輪 安裝在支撐軸的另一端上，支撐軸穿出第四帶輪的端部，支撐軸兩端通過(guò)滾動(dòng) 軸承安裝在升降板上，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)用來(lái)控制移動(dòng)方式轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)和輪式移動(dòng) 機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的應(yīng)用可使仿人機(jī)器人(雙足)、多足步行 機(jī)實(shí)現(xiàn)在步行方式與輪式移動(dòng)方式之間進(jìn)行切換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)仿人機(jī)器人、多足 步行機(jī)在平整路面上穩(wěn)定快速移動(dòng)，而且易于控制。本發(fā)明采用少數(shù)的幾個(gè)電 機(jī)就可以驅(qū)動(dòng)整個(gè)仿人機(jī)器人或多足步行機(jī)的輪式移動(dòng)，其中步行方式轉(zhuǎn)換機(jī) 構(gòu)用驅(qū)動(dòng)電機(jī)為間歇式工作，因此輪式移動(dòng)驅(qū)動(dòng)最少僅用2臺(tái)電機(jī)連續(xù)工作， 由于電機(jī)數(shù)量較少，使耗能大大減小，使仿人機(jī)器人或多足步行機(jī)本體上攜帶 的直流電池可用時(shí)間較長(zhǎng)，而且相對(duì)于腿式移動(dòng)來(lái)說(shuō)在控制上要簡(jiǎn)單的多。本 發(fā)明是給目前研究的仿人機(jī)器人及多足步行機(jī)賦予一種輪式移動(dòng)機(jī)能，本發(fā)明 具有結(jié)構(gòu)緊湊、不影響仿人機(jī)器人及多足步行機(jī)原有的步行移動(dòng)功能，本發(fā)明 的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)環(huán)境需要使機(jī)器人在步行移動(dòng)方式與 輪式移動(dòng)方式間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的功能。本發(fā)明可以提高目前仿人機(jī)器人及多足步行 機(jī)在平整路面上移動(dòng)的快速性、穩(wěn)定性以及節(jié)能特性。


圖1是本發(fā)明所述裝置的結(jié)構(gòu)原理圖(驅(qū)動(dòng)輪著地腳抬起)，圖2是本發(fā) 明所述裝置的結(jié)構(gòu)原理圖(驅(qū)動(dòng)輪抬起腳著地)，圖3是具體實(shí)施方式
二的結(jié)
5構(gòu)示意圖，圖4是具體實(shí)施方式
三的結(jié)構(gòu)示意圖，圖5是具體實(shí)施方式
四的結(jié) 構(gòu)示意圖，圖6是圖5在手指伸開(kāi)狀態(tài)下的仰視圖，圖7是將本發(fā)明安裝在右 腳的結(jié)構(gòu)示意圖，圖8是將本發(fā)明安裝在左腳的結(jié)構(gòu)示意圖，圖9是應(yīng)用本發(fā) 明的仿人機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖(帶有控制系統(tǒng))，圖10是本發(fā)明的控制系統(tǒng)構(gòu) 成的原理圖。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一如圖1 2所示，本實(shí)施方式所述的用于仿人機(jī)器人、 多足步行機(jī)上的腳用輪式移動(dòng)裝置由移動(dòng)方式轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)和輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，
所述移動(dòng)方式轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)由導(dǎo)向立柱7、升降板6、支撐件5、第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)2、 第一帶輪13、第一同步帶3、第二帶輪14、轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿4和螺母12組成；所述 輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)由第二電機(jī)8、第三帶輪15、第二同步帶9、第四帶輪16、支撐 軸10和驅(qū)動(dòng)輪U組成；所述支撐件5水平固設(shè)在腳1外側(cè)的上部，且所述支 撐件5位于腳1外側(cè)端面底部上設(shè)有的外沿1-1的上方并與腳1周接，升降板 6與螺母12固接成一體，所述升降板6套裝在導(dǎo)向立柱7上，導(dǎo)向立柱7的 一端安裝在外沿l-l上，導(dǎo)向立柱7的另一端安裝在支撐件5上，轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿4 與導(dǎo)向立柱7平行設(shè)置，所述螺母12套裝在轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿4上，轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿4的一 端安裝在外沿1-1上，轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿4的另一端安裝在支撐件5上，第一帶輪13 安裝在第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)2的輸出軸上，第一帶輪13通過(guò)第一同步帶3與第二帶 輪14連接，第二帶輪14安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿4穿出支撐件5的端部上；第三帶輪 15安裝在第二電機(jī)8的輸出軸上，第三帶輪15通過(guò)第二同步帶9與第四帶輪 16連接，第四帶輪16安裝在支撐軸10的一端上，驅(qū)動(dòng)輪11安裝在支撐軸10 的另一端上，支撐軸10穿出第四帶輪16的端部，支撐軸10兩端通過(guò)滾動(dòng)軸 承安裝在升降板6上。所述腳1是指機(jī)器人的左腳或右腳。
具體實(shí)施方式
二如圖1 3所示，本實(shí)施方式所述腳用輪式移動(dòng)裝置還 包括一個(gè)輔助支撐輪17，所述輔助支撐輪17安裝在所述腳1外側(cè)端面上，且 所述輔助支撐輪17位于驅(qū)動(dòng)輪ll的前方。設(shè)置輔助支撐輪17可增強(qiáng)仿人機(jī) 器人、多足步行機(jī)在以輪式移動(dòng)方式行走時(shí)穩(wěn)定性。其它組成及連接關(guān)系與具 體實(shí)施方式一相同。
具伴實(shí)施方式三如圖l、圖2和圖4所示，本實(shí)施方式所述腳用輪式移動(dòng)裝置還包括兩個(gè)輔助支撐輪17，其中一個(gè)輔助支撐輪17安裝在所述腳1外 側(cè)端面上，且所述輔助支撐輪17位于驅(qū)動(dòng)輪11的前方，另一個(gè)輔助支撐輪 17安裝在與所述腳1同側(cè)的手18的外側(cè)端面上。本實(shí)施方式所述腳用輪式移 動(dòng)裝置的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了仿人機(jī)器人的兩手著地，左右腳和左右手分別靠驅(qū)動(dòng)輪和 輔助支撐輪的滾動(dòng)移動(dòng)，也可將所述的腳用輪式移動(dòng)裝置同時(shí)用于左右腳和左 右手實(shí)現(xiàn)了四輪驅(qū)動(dòng)，使仿人機(jī)器人在以輪式移動(dòng)方式行走時(shí)穩(wěn)定性更好。其 它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四如圖l、圖2、圖5和圖6所示，本實(shí)施方式所述腳用 輪式移動(dòng)裝置還包括兩列支撐輪19，每列支撐輪19的數(shù)量為二至五個(gè)，所述 兩列支撐輪19平行安裝在與所述腳1同側(cè)的手18的手背上。機(jī)器人的手臂 31和手18之間的腕關(guān)節(jié)32將呈握起狀態(tài)的手18的手背朝下放下，手背33 朝向地面部設(shè)有兩列支撐輪19，所有的支撐輪均無(wú)電機(jī)驅(qū)動(dòng)只起支撐和滾動(dòng) 作用，只需通過(guò)帶有軸承的支撐軸34將支撐輪放在手背34的凹槽中即可實(shí)現(xiàn)。 其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一或二相同。 具體實(shí)施例
實(shí)施例一如圖1 10所示，將本發(fā)明對(duì)稱地設(shè)計(jì)在機(jī)器人30的左右腳 的外側(cè)，并同時(shí)設(shè)有控制系統(tǒng)20。機(jī)器人的兩個(gè)小腿36 (左小腿和右小腿) 的下方分別安裝有力-力矩傳感器，在每個(gè)踝關(guān)節(jié)接口 35和對(duì)應(yīng)的每個(gè)腳1 之間可設(shè)置有力-力矩傳感器。移動(dòng)方式轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)43和輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)44上可 設(shè)有外殼體37。當(dāng)控制指令為步行時(shí)，移動(dòng)方式轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)43將驅(qū)動(dòng)輪11抬 起，腳著地后機(jī)器人30步行；控制指令為輪式移動(dòng)時(shí)，輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)44將腳 抬起，驅(qū)動(dòng)輪11著地后轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)整個(gè)機(jī)器人30移動(dòng)?？刂葡到y(tǒng)20由計(jì)算機(jī) 20-1、用來(lái)組網(wǎng)的串行通信總線轉(zhuǎn)換器20-2、帶有微控制器及電流傳感器和組 網(wǎng)總線的第一伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器20-3、帶有微控制器及電流傳感器和組網(wǎng)總 線的第二伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器20-4、帶有微控制器及電流傳感器和組網(wǎng)總線的 第三伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器20-5 、帶有微控制器及電流傳感器和組網(wǎng)總線的第四 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器20-6、直流電源20-11和控制軟件組成。由計(jì)算機(jī)20-1 通過(guò)串行總線分別連接帶有微控制器及電流傳感器和組網(wǎng)總線的第二伺服電 機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器20-4、帶有微控制器及電流傳感器和組網(wǎng)總線的第三伺服電機(jī)驅(qū)
7動(dòng)控制器20-5、帶有微控制器及電流傳感器和組網(wǎng)總線的第四伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)控 制器20-6，帶有微控制器及電流傳感器和組網(wǎng)總線的第一伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器 20-3和帶有微控制器及電流傳感器和組網(wǎng)總線的第三伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器 20-5分別控制兩個(gè)第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)2，帶有微控制器及電流傳感器和組網(wǎng)總線的 第二伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器20-4和帶有微控制器及電流傳感器和組網(wǎng)總線的第 四伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器20-6分別控制兩個(gè)第二電機(jī)8，實(shí)現(xiàn)左右腳上的移動(dòng)方 式轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)43和輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)44的運(yùn)動(dòng)控制。所用電機(jī)均帶有位置傳感器用 來(lái)實(shí)現(xiàn)位置、速度控制，控制軟件有下載軟件控制方式和在線控制兩種方式。 實(shí)施例二將具體實(shí)施方式
二所述的腳用輪式移動(dòng)裝置對(duì)稱地安裝在左右 腳的外側(cè)，且不影響腳部踝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍；在機(jī)器人采用腳式步行方式移動(dòng) 期間，如果機(jī)器人穩(wěn)定性不好或失穩(wěn)，通過(guò)控制移動(dòng)方式轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)43可使驅(qū) 動(dòng)輪和輔助支撐輪同機(jī)器人的腳一起著地，這樣可提高機(jī)器人步行時(shí)的穩(wěn)定 性。
實(shí)施例三將具體實(shí)施方式
一或二所述的腳用輪式移動(dòng)裝置對(duì)稱地安裝在 左右腳的外側(cè)，可實(shí)現(xiàn)仿人機(jī)器人雙腳著地，雙手不著地的輪式移動(dòng)。
實(shí)施例四將具體實(shí)施方式
三或四所述的腳用輪式移動(dòng)裝置對(duì)稱地安裝在
左右腳的外側(cè)以及左右手的外側(cè)，可實(shí)現(xiàn)仿人機(jī)器人雙手著地與雙腳一起呈四 足著地(手作前腳使用)以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的輪式移動(dòng)。
實(shí)施例五將具體實(shí)施方式
一所述的腳用輪式移動(dòng)裝置安裝在四足步行機(jī)
的四只腳上，實(shí)現(xiàn)四輪驅(qū)動(dòng)的輪式移動(dòng)方式；應(yīng)用于三、四足以上的多足步行
機(jī)時(shí)的情況與四足步行機(jī)的情況類似，依次類推。
權(quán)利要求
1、一種用于仿人機(jī)器人、多足步行機(jī)上的腳用輪式移動(dòng)裝置，所述腳用輪式移動(dòng)裝置由移動(dòng)方式轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)和輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，其特征在于所述移動(dòng)方式轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)由導(dǎo)向立柱(7)、升降板(6)、支撐件(5)、第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)(2)、第一帶輪(13)、第一同步帶(3)、第二帶輪(14)、轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿(4)和螺母(12)組成；所述輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)由第二電機(jī)(8)、第三帶輪(15)、第二同步帶(9)、第四帶輪(16)、支撐軸(10)和驅(qū)動(dòng)輪(11)組成；所述支撐件(5)水平固設(shè)在腳(1)外側(cè)的上部，且所述支撐件(5)位于腳1外側(cè)端面底部上設(shè)有的外沿(1-1)的上方并與腳(1)固接，升降板(6)與螺母(12)固接成一體，所述升降板(6)套裝在導(dǎo)向立柱(7)上，導(dǎo)向立柱(7)的一端安裝在外沿(1-1)上，導(dǎo)向立柱(7)的另一端安裝在支撐件(5)上，轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿(4)與導(dǎo)向立柱(7)平行設(shè)置，所述螺母(12)套裝在轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿(4)上，轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿(4)的一端安裝在外沿(1-1)上，轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿(4)的另一端安裝在支撐件(5)上，第一帶輪(13)安裝在第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)(2)的輸出軸上，第一帶輪(13)通過(guò)第一同步帶(3)與第二帶輪(14)連接，第二帶輪(14)安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿(4)穿出支撐件(5)的端部上；第三帶輪(15)安裝在第二電機(jī)(8)的輸出軸上，第三帶輪(15)通過(guò)第二同步帶(9)與第四帶輪(16)連接，第四帶輪(16)安裝在支撐軸(10)的一端上，驅(qū)動(dòng)輪(11)安裝在支撐軸(10)的另一端上，支撐軸(10)穿出第四帶輪(16)的端部，支撐軸(10)兩端通過(guò)滾動(dòng)軸承安裝在升降板(6)上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于仿人機(jī)器人、多足步行機(jī)上的腳用輪式移 動(dòng)裝置，其特征在于所述腳用輪式移動(dòng)裝置還包括一個(gè)輔助支撐輪(17)， 所述輔助支撐輪(17)安裝在所述腳(1)外側(cè)端面上，且所述輔助支撐輪(17) 位于驅(qū)動(dòng)輪(11)的前方。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于仿人機(jī)器人、多足步行機(jī)上的腳用輪式移 動(dòng)裝置，其特征在于所述腳用輪式移動(dòng)裝置還包括兩個(gè)輔助支撐輪(17)， 其中一個(gè)輔助支撐輪(17)安裝在所述腳(1)外側(cè)端面上，且所述輔助支撐 輪(17)位于驅(qū)動(dòng)輪(11)的前方，另一個(gè)輔助支撐輪(17)安裝在與所述腳(1)同側(cè)的手(18)的外側(cè)端面上。
4、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于仿人機(jī)器人、多足步行機(jī)上的腳用輪式移動(dòng)裝置，其特征在于所述腳用輪式移動(dòng)裝置還包括兩列支撐輪(19)，每列支撐輪(19)的數(shù)量為二至五個(gè)，所述兩列支撐輪(19)平行安裝在與所 述腳(1)同側(cè)的手(18)的手背上。
全文摘要
用于仿人機(jī)器人、多足步行機(jī)上的腳用輪式移動(dòng)裝置，它涉及一種腳用輪式移動(dòng)裝置。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的仿人機(jī)器人、多足步行機(jī)等腿式移動(dòng)機(jī)器人在平整路面上不易實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定快速移動(dòng)、不易控制、在步行移動(dòng)時(shí)耗能較大的問(wèn)題。腳用輪式移動(dòng)裝置由移動(dòng)方式轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)和輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，升降板與螺母固接成一體，所述升降板套裝在導(dǎo)向立柱上，轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿與導(dǎo)向立柱平行設(shè)置，螺母套裝在轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿上，轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿的一端安裝在外沿上，轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿的另一端安裝在支撐件上，驅(qū)動(dòng)輪安裝在支撐軸的另一端上。本發(fā)明的應(yīng)用可使仿人機(jī)器人、多足步行機(jī)實(shí)現(xiàn)在步行方式與輪式移動(dòng)方式之間進(jìn)行切換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)仿人機(jī)器人、多足步行機(jī)在平整路面上穩(wěn)定快速移動(dòng)，而且易于控制。
文檔編號(hào)B62D57/028GK101428655SQ200810209738
公開(kāi)日2009年5月13日 申請(qǐng)日期2008年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月19日
發(fā)明者吳偉國(guó), 風(fēng) 梁 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)