行走機器人的製作方法

2023-10-08 01:41:14 2

專利名稱：行走機器人的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及行走機器人。
背景技術：
目前國內外上所見行走機器人，都是以模仿動物及人的左右腿交替邁步的方式進行行走。坐騎用的機器人也是多為四條腿的，行走時一側腿或交叉相應的一對腿交換著地行走，有些行走機器人是模仿爬行動物的六條腿來完成搖擺爬行方式行走。以上這些行走機器人都存在行走不穩，不易跨越障礙物的缺陷，特別是在載重方面，不能載重後實現穩定行走，是現階段行走機器人的最大缺點，也是當今世界機器人不能普及應用的原因之一
實用新型內容
本實用新型的目的在於提供一種行走機器人，其能解決現有技術的機器人行走不穩定的問題。為了達到上述目的，本實用新型所採用的技術方案如下行走機器人，其包括一上底座、一下底座、至少一直形導軌和至少一滑塊，下底座的四個角分別安裝有一第一驅動機構，上底座的四個角也分別安裝有一第二驅動機構，每一第一驅動機構驅動一第一站立杆沿第一驅動機構的長度方向運動，每一第二驅動機構驅動一第二站立杆沿第二驅動機構的長度方向運動，第一站立杆與第二站立杆相互平行；滑塊固定安裝在上底座上，直形導軌固定安裝在下底座上，下底座內還安裝有一第三驅動機構，滑塊與直形導軌連接且第三驅動機構驅動滑塊沿直形導軌的長度方向滑動，直形導軌與第一站立杆垂直；第一站立杆、第二站立杆的底端分別安裝有第一觸地腳掌、第二觸地腳掌。優選的，為了簡化結構，第一驅動機構為液壓缸或氣缸；第二驅動機構為液壓缸或氣缸；第三驅動機構為液壓缸或氣缸。優選的，為了節省材料，上底座、下底座均為框架結構，上底座與下底座相互平行，上底座位於下底座上方。優選的，上底座的一側固定安裝有一連接塊，連接塊還與第三驅動機構的驅動端固定連接。優選的，為了使行走機器人能在不同的路面上行走，第一驅動機構與下底座鉸接；第二驅動機構與上底座鉸接。該行走機器人還包括第一支撐杆和第二支撐杆；第一支撐杆的一端與第一站立杆固定連接，另一端與下底座鉸接；第二支撐杆的一端與第二站立杆固定連接，另一端與上底座鉸接。進一步的，為了使行走機器人能智能地行走，該行走機器人還包括一控制器、一動作生成器、一動作執行器以及一水平監測器，水平監測器、動作生成器分別與控制器電性連接；水平監測器安裝在上底座或下底座內，用於監測路面狀態；控制器用於接收水平監測器所監測到的路面狀態相對應的路面狀態信號，並指令動作生成器選擇相應的行走方式，所述行走方式內置於動作生成器中；動作執行器根據動作生成器的行走方式，指令第一驅動機構、第二驅動機構分別控制第一站立杆、第二站立杆的伸縮長度。優選的，上底座的寬度大於下底座的寬度。優選的，上底座的長度小於下底座的長度，直形導軌沿下底座的長度方向設置。本實用新型具有如下有益效果能夠載重步行並平穩地跨越障礙物，且在載重的情況下一樣可以很好地在山地、崎嶇山路、平地、樓梯、雪地上行走自如。

圖I為本實用新型較佳實施例的行走機器人的主視圖；圖2為圖I的左視圖；圖3為圖I的俯視圖；圖4為本實用新型較佳實施例的行走機器人向左步行的第一運動狀態示意圖；圖5為本實用新型較佳實施例的行走機器人向左步行的第二運動狀態示意圖；圖6為本實用新型較佳實施例的行走機器人向左步行的第三運動狀態示意圖；圖7為本實用新型較佳實施例的行走機器人向左步行的第四運動狀態示意圖；圖8為本實用新型較佳實施例的行走機器人向左步行的第五運動狀態示意圖；圖9為本實用新型較佳實施例的行走機器人向左步行的第六運動狀態示意圖；圖10為本實用新型較佳實施例的行走機器人向右步行的第一運動狀態示意圖；圖11為本實用新型較佳實施例的行走機器人向右步行的第二運動狀態示意圖；圖12為本實用新型較佳實施例的行走機器人在斜坡一上行走的示意圖；圖13為本實用新型較佳實施例的行走機器人在斜坡二上行走的示意圖。附圖標記1、下底座；2、上底座；3、直形導軌；4、液壓缸；5、活塞；6、第一站立杆；7、第一觸地腳掌；8、液壓缸；9、活塞；10、第二站立杆；11、第二觸地腳掌；12、液壓缸；13、驅動杆；14、滑塊；15、連接塊；16、活塞；17、第一支撐杆；18、第二支撐杆。
具體實施方式
下面，結合附圖以及具體實施方式
，對本實用新型做進一步描述，以便於更清楚的理解本實用新型所要求保護的技術思想。如圖I至圖3和圖13所示，行走機器人，其包括一上底座2、一下底座I、二直形導軌3、四滑塊14、四第一支撐杆17、四第二支撐杆18、一控制器(圖未視)、一動作生成器(圖未視)、一動作執行器(圖未視)以及一水平監測器(圖未視)。上底座2、下底座I均為框架結構(如四方框，或者四方框內還設有多條分割框條)，上底座2與下底座I相互平行，上底座2位於下底座I上方。上底座2的寬度大於下底座I的寬度，且上底座2的長度小於下底座I的長度。下底座I的四個角分別安裝有一第一驅動機構，上底座2的四個角也分別安裝有一第二驅動機構，每一第一驅動機構驅動一第一站立杆6沿第一驅動機構的長度方向運動，每一第二驅動機構驅動一第二站立杆10沿第二驅動機構的長度方向運動，第一站立杆6與第二站立杆10相互平行；滑塊14固定安裝在上底座2上，直形導軌3固定安裝在下底座I上，直形導軌3沿下底座I的長度方向設置，下底座I內還安裝有一第三驅動機構，滑塊14與直形導軌3連接且第三驅動機構驅動滑塊14沿直形導軌3的長度方向滑動。具體的，上底座2的一側固定安裝有一連接塊15，連接塊15可設置在二直形導軌3之間，連接塊15還與第三驅動機構的驅動端固定連接，每一直形導軌3上安裝有二個滑塊14。直形導軌3與第一站立杆6垂直。第一站立杆6、第二站立杆10的底端分別安裝有第一觸地腳掌7、第二觸地腳掌11。本實施例的第一驅動機構採用液壓缸4 (也可以採用氣缸)；第二驅動機構採用液 壓缸8 (也可以採用氣缸)；第三驅動機構採用液壓缸12 (也可以採用氣缸或步進電機)。液壓缸4的結構與現有技術相同,液壓缸4內有活塞5,第一站立杆6的一端與活塞5連接，即可實現用液壓缸4驅動第一站立杆6沿液壓缸4的長度方向運動(相對於地面來說，就是做伸長或縮短的伸縮運動)。同樣的，液壓缸8內有活塞9，第二站立杆10與活塞9連接；液壓缸12內有活塞16，活塞16連接一驅動杆13，驅動杆13的自由端即為第三驅動機構的驅動端，即驅動杆13與連接塊15固定連接，液壓缸12工作時，通過驅動杆13及連接塊15即可實現滑塊14沿直形導軌3的長度方向來回滑動。為了使行走機器人能夠在更多的路面狀態上行走，液壓缸4與下底座I鉸接，液壓缸8與上底座2鉸接。如圖13所不，第一支撐杆17的一端與第一站立杆6固定連接,另一端與下底座I鉸接；第二支撐杆18的一端與第二站立杆10固定連接，另一端與上底座2鉸接。水平監測器、動作生成器分別與控制器電性連接；水平監測器安裝在上底座I或下底座2內，用於監測路面狀態，所述路面狀態包括水平路面、山地雪地路面及斜坡路面；控制器用於接收水平監測器所監測到的路面狀態相對應的路面狀態信號，並指令動作生成器選擇相應的行走方式，所述行走方式內置於動作生成器中；動作執行器根據動作生成器的行走方式，指令液壓缸4、液壓缸8分別控制第一站立杆6、第二站立杆10的伸縮長度。下面，結合附圖，詳細描述本實施例的行走機器人的行走過程。對於水平路面，結合圖I至圖9所示，圖I為初始狀態，圖4至圖9為行走機器人向左步行時的動作過程。圖I時，行走機器人的八個腳都站立到水平地面上，即第一觸地腳掌7、第二觸地腳掌11均著地。開始向左步行，圖4所示，第二站立杆10收縮，第一站立杆6站立不動；圖5所示，液壓缸12把活塞16向左推出，通過驅動杆13驅動滑塊14沿直形導軌3向左滑動；圖6所示，第二站立杆10向下伸出並站立不動；圖7所示，第一站立杆6向上收縮，同時，第二站立杆10站立不動；圖8所示,液壓缸12把活塞16縮回,相當於下底座I整體向左移動了一步；圖9所示，第一站立杆6向下伸出並站立不動，回到初始狀態，如此循環(圖I、圖4至圖9)，行走機器人就會一步一步地向左步行前進。如圖10和圖11所示，步行機器人向右步行的過程示意圖(與向左步行的順序相反)。圖I為初始狀態。圖10所示,第一站立杆6向上收起,第二站立杆10站立不動；圖11所示，液壓缸12把活塞16推出，此時，下底座I整體相當於向右移動了一步，如此類推，一步一步地向右方向前進。對於山地、雪地路面及有障礙物的地方行走，如圖12所示，假設向左行走，首先是左側的第一站立杆6觸及坡面，第二站立杆10的伸縮長度發生變化，變長或者變短，這時，水平監測器發出信號給控制器，再通過動作執行器開啟非水平面行走方式。再走第二步，第二步與第一步不是同方位的斜度坡面的話，開啟行走方式一，水平監測器可以隨時監測到上底座2和下底座I是否處於水平狀態，第一站立杆6、第二站立杆10的伸縮長度不再固定不變，每個第一站立杆6、第二站立杆10可以自由伸縮，但是要保持下底座I處於水平面，就與在水平路面上行走狀態類似。如果出現情況一某一或二條腿(即第一站立杆6、第二站立杆10，下同)的長度即使縮到最短量了，還是無法越過障礙物時，這時就伸長處於伸出狀態的腿的長度，使下底座I可以越過障礙物最高點；如果出現情況二 如果有一或二條腿的長度已經達最長了，還是無法觸及地面時，那麼也可以通過三條腿作為支點，行走下一步。對於斜坡路面行走，如圖13所示，假設向左行走，首先是左側的第一站立杆6觸及坡面，第二站立杆10的伸縮長度發生變化，然後行走第二步時，又發生了進一步的傾斜，而且水平監測器探測到兩次的坡度大體一致。這時，開啟非水平面行走方式二，液壓缸4、液壓缸8的伸縮長短雖然可以發生變化，但是變化量有要求，不能自由改變。水平監測器通 過左側第一站立杆6的縮短量，初步測得斜坡的傾斜度，根據這個初次測得的值，來調整第二站立杆10的伸縮長度，然後調整所有腿與下底座I的傾斜角度，這時的第一支撐杆17、第二支撐杆18用於分別支撐固定第一站立杆6、第二站立杆10。然後再測得斜坡的傾斜度，根據這兩次測得的值，再調整傾斜度，通過一步或幾步的調整，使下底座I可以平行於斜坡，然後第一站立杆6、第二站立杆10分別通過鉸鏈，保持豎直方向，此後的行走過程，類似於水平路面的行走方式。本實施例的行走機器人，利用第一驅動機構、第二驅動機構分別控制第一站立杆、第二站立杆進行抬腿(收縮)、伸腿(站立)動作，步行時，通過第三驅動機構作左右伸縮運動來完成上底座、下底座的交替移動來實現步行的目的。本實施例的行走機器人應用領域廣泛，可用於山地戰機器人士兵、山地戰運輸武器裝備及重型裝備、地震救援、雪地步行。民用可搬運各種重物東西上樓梯及有障礙物的地方及平地都可以行走自如；也可以用於輸電線路的電桿載人攀爬電桿作業等領域的應用。實際上，本實施例的行走機器人還可以不帶有自動控制設備(控制器、動作生成器、動作執行器以及水平監測器)，可以採用手動操作。手動操作行走機器人的行走方法,操作如下A、若行走機器人在水平路面行走時，進行以下操作；向左步行第一觸地腳掌7、第二觸地腳掌11均著地，上底座2位於直形導軌3右端部；液壓缸8驅動第二站立杆10向上收縮，第二觸地腳掌11離地，第一觸地腳掌7保持著地；液壓缸12驅動滑塊沿直形導軌3向左滑動，使上底座2移動至直形導軌3左端部；液壓缸8驅動第二站立杆10向下伸出，第二觸地腳掌11著地，第一觸地腳掌7仍然著地；液壓缸4驅動第一站立杆6向上收縮，第一觸地腳掌7離地，第二觸地腳掌11保持著地；液壓缸12驅動滑塊14沿直形導軌3向右滑動，使上底座2移動至直形導軌3右端部；液壓缸4驅動第一站立杆6向下伸出，第一觸地腳掌7著地，完成向左步行一步；向右步行第一觸地腳掌7、第二觸地腳掌11均著地，上底座2位於直形導軌3右端部；液壓缸4驅動第一站立杆6向上收縮，第一觸地腳掌7離地，第二觸地腳掌11保持著地；液壓缸12驅動滑塊14沿直形導軌3向左滑動，使上底座2移動至直形導軌3左端部；液壓缸4驅動第一站立杆6向下伸出，第一觸地腳掌7著地，第二觸地腳掌11仍然著地；液壓缸8驅動第二站立杆10向上收縮，第二觸地腳掌11離地，第一觸地腳掌7保持著地；液壓缸12驅動滑塊14沿直形導軌3向右滑動，使上底座2移動至直形導軌3右端部；液壓缸8驅動第二站立杆10向下伸出，第二觸地腳掌11著地，完成向右步行一步；B、若行走機器人在山地或雪地路面行走時，進行以下操作；第一站立杆6、第二站立杆10的伸縮長度相異，並保持下底座I位於水平面，然後執行步驟A ;C、若行走機器人在斜坡路面行走時，進行以下操作；第一站立杆6、第二站立杆10的伸縮長度相異，並保持第一站立杆6、第二站立杆10處於豎直狀態，並且保持下底座I與斜坡平行，然後執行步驟A。對於本領域的技術人員來說，可根據以上描述的技術方案以及構思，做出其它各種相應的改變以及變形，而所有的這些改變以及變形都應該屬於本實用新型權利要求的保·護範圍之內。
權利要求1.行走機器人，其特徵在於，包括一上底座、一下底座、至少一直形導軌和至少一滑塊，下底座的四個角分別安裝有一第一驅動機構，上底座的四個角也分別安裝有一第二驅動機構，每一第一驅動機構驅動一第一站立杆沿第一驅動機構的長度方向運動，每一第二驅動機構驅動一第二站立杆沿第二驅動機構的長度方向運動，第一站立杆與第二站立杆相互平行；滑塊固定安裝在上底座上，直形導軌固定安裝在下底座上，下底座內還安裝有一第三驅動機構，滑塊與直形導軌連接且第三驅動機構驅動滑塊沿直形導軌的長度方向滑動，直形導軌與第一站立杆垂直；第一站立杆、第二站立杆的底端分別安裝有第一觸地腳掌、第二觸地腳掌。
2.如權利要求I所述的行走機器人，其特徵在於，第一驅動機構為液壓缸或氣缸；第二驅動機構為液壓缸或氣缸；第三驅動機構為液壓缸或氣缸。
3.如權利要求I所述的行走機器人，其特徵在於，上底座、下底座均為框架結構，上底座與下底座相互平行，上底座位於下底座上方。
4.如權利要求I所述的行走機器人，其特徵在於，上底座的一側固定安裝有一連接塊，連接塊還與第三驅動機構的驅動端固定連接。
5.如權利要求I所述的行走機器人，其特徵在於，第一驅動機構與下底座鉸接；第二驅動機構與上底座鉸接。
6.如權利要求5所述的行走機器人，其特徵在於，該行走機器人還包括第一支撐杆和第二支撐杆；第一支撐杆的一端與第一站立杆固定連接，另一端與下底座鉸接；第二支撐杆的一端與第二站立杆固定連接，另一端與上底座鉸接。
7.如權利要求5或6所述的行走機器人，其特徵在於，該行走機器人還包括一控制器、一動作生成器、一動作執行器以及一水平監測器，水平監測器、動作生成器分別與控制器電性連接；水平監測器安裝在上底座或下底座內，用於監測路面狀態；控制器用於接收水平監測器所監測到的路面狀態相對應的路面狀態信號，並指令動作生成器選擇相應的行走方式，所述行走方式內置於動作生成器中；動作執行器根據動作生成器的行走方式，指令第一驅動機構、第二驅動機構分別控制第一站立杆、第二站立杆的伸縮長度。
8.如權利要求I所述的行走機器人，其特徵在於，上底座的寬度大於下底座的寬度。
9.如權利要求I所述的行走機器人，其特徵在於，上底座的長度小於下底座的長度，直形導軌沿下底座的長度方向設置。
專利摘要本實用新型涉及行走機器人，其包括上底座、下底座、至少一直形導軌和至少一滑塊，下底座的四個角分別安裝有一第一驅動機構，上底座的四個角也分別安裝有一第二驅動機構，每一第一驅動機構驅動一第一站立杆沿第一驅動機構的長度方向運動，每一第二驅動機構驅動一第二站立杆沿第二驅動機構的長度方向運動，第一站立杆與第二站立杆相互平行；滑塊固定安裝在上底座上，直形導軌固定安裝在下底座上，下底座內還安裝有一第三驅動機構，滑塊與直形導軌連接且第三驅動機構驅動滑塊沿直形導軌的長度方向滑動，直形導軌與第一站立杆垂直；第一站立杆、第二站立杆的底端分別安裝有第一觸地腳掌、第二觸地腳掌。本實用新型能夠載重步行並平穩地跨越障礙物。
文檔編號B62D57/032GK202669949SQ20122035159
公開日2013年1月16日 申請日期2012年7月19日 優先權日2012年7月19日
發明者魏小鋼 申請人:魏小鋼