一种用于双足机器人行走模拟与自动测试的无边轮机构制造技术

本发明专利技术涉及一种无边轮机构，可用于双足机器人的行走模拟与自动测试。本发明专利技术由中心轴模块、滑套模块、腿部模块、控制电路模块、中心轴连接模块以及附加功能模块组成，并通过各模块间的相互协作实现多种模式下的运动。本发明专利技术所具有的空间双边无边轮运动模式，通过自身轮辐末端与地形斜面间的间歇性碰撞接触，模仿足式稳定行走步态的足底节律运动并进行测试。本发明专利技术优点在于：相比传统无边轮机构及其应用，本发明专利技术能够改变腿的数量、调整轮距和腿长、添加弹性阻尼元件、切换平面单边无边轮系统及空间双边无边轮系统模式，从而实现形式更为丰富的双足被动运动测试与控制研究。

An endless wheel mechanism for walking simulation and automatic test of Biped Robot

The invention relates to an endless wheel mechanism, which can be used for walking simulation and automatic testing of biped robots. The invention of the center shaft module, sliding sleeve module, leg module, control circuit module and a central shaft connection module and additional modules, and a variety of modes of movement through mutual cooperation between the various modules. The invention relates to a spatial bilateral endless wheel movement mode, simulating the plantar rhythmic movement of foot walking gait stably and testing through the intermittent collision contact between the end of the self spoke wheel and the slope of the terrain. The invention has the advantages that: compared with the traditional edge wheel mechanism and its application, the number, the invention can change the adjustment of leg tread and long legs, adding elastic damping element, the switching plane unilateral side wheel system and spatial bilateral endless wheel system model, so as to achieve more study on test and control of passive biped motion rich.

【技术实现步骤摘要】
一种用于双足机器人行走模拟与自动测试的无边轮机构
本专利技术涉及一种无边轮机构。更明确地，本专利技术涉及一种用于双足机器人行走模拟与自动测试的无边轮机构。属于机器人被动行走

技术介绍
足式仿生机器人技术的持续进步正在快速推进机器人技术变革，更强的驱动能力及动力学控制水平为此提供了理论及工程技术牵引，而传统的被动行走理论则为提升运动机构的内在稳定性及运动能效提供另一方法途径。作为双足被动行走的经典基础模型，无边轮机构能够在不依赖内部动力源条件下，实现自身轮辐末端与地形斜面的间歇性碰撞接触，以模仿足式稳定行走步态的足底节律化接触特征。无边轮机构运动状态仅取决于自身几何物理属性、地形特征、系统初始状态，因此可将其有效应用于被动行走机构，以及具有被动运动特征的主动控制机器人系统的研究与开发。尽管已被长期广泛研究，无边轮机构理论及模型至今仍主要局限在二维运动状况下的讨论，即机构及运动均被限制于平面内，空间几何特征及质量分布被过度简化，并具体表现为缺乏专业的无边轮机构测试装置。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有的无边轮机构种类少、结构简单、功能单一等不足，提供一种用于双足机器人行走模拟与自动测试的无边轮机构，能够在不依赖内部动力源条件下，通过手动或自动改变无边轮的系统参数实现轮辐末端与斜面的间歇性碰撞接触，以模仿足式稳定行走步态的足底节律化接触特征，揭示足式动物高稳定和高效行走的机理，为主动式足式机器人的设计与控制提供依据，从而提升足式机器人的稳定性和能效。为达到上述专利技术目的，本专利技术采用下述技术方案：一种用于双足机器人行走模拟与自动测试的无边轮机构，包括中心轴模块、滑套模块、腿部模块、控制电路模块、中心轴连接模块以及附加功能模块，其特征在于：所述腿部模块通过螺母和螺栓安装于滑套模块侧面，滑套模块沿滑轨安装在中心轴模块的侧面，中心轴模块和中心轴模块通过中心轴连接模块相连，控制电路模块固定于中心轴连接模块的顶部，控制电路模块与PC上位机、控制手柄和摄像头可选扩展设备相连；所述中心轴模块包含2个中心轴模块子单元，所有中心轴模块子单元的具体结构相同，包括中心轴、滑轨、质量块和端盖。中心轴与中心轴连接模块相连，滑轨用于滑套和中心轴的连接，质量块安装在中心轴内腔中，端盖通过螺钉固定在中心轴的端面；所述滑套模块包含2个滑套模块子单元，所有滑套模块子单元的具体结构相同，包括滑套、腿部固定螺栓、滑套固定螺母和滑套固定螺栓。滑套沿滑轨安装于中心轴侧面，腿部模块子单元通过腿部固定螺栓与滑套固连，滑套通过滑套固定螺母和滑套固定螺栓固定在中心轴上；所述腿部模块包含12个腿部模块子单元，所有腿部模块子单元的具体结构相同，包括内壳、电气接头、固定螺母、电路线舱、直流伺服电机、减速器、编码器、轴承、轴套、联轴器、外壳、滚珠丝杠、丝杠螺母、弹性元件、阻尼元件、连接杆、橡胶足端和压力传感器。内壳嵌套在外壳内孔，内壳通过固定螺母与滑套相连，电路线舱用于电线的排线，减速器和编码器固定在直流伺服电机上，直流伺服电机通过螺钉安装在内壳内部，并通过电气接头与电机控制器连接，直流伺服电机输出轴依次通过轴承(III-1-8)、轴套(III-1-9)和联轴器(III-1-10)与滚珠丝杠相连，丝杠螺母通过螺钉与外壳固连，弹性元件与阻尼元件安装在外壳上，连接杆和橡胶足端固定于阻尼元件上，橡胶足端安装有压力传感器；所述控制电路模块包含12个电机控制板、2个电源、电源控制盒、陀螺仪和加速度计。电机控制板安装在电源控制盒中间内腔，电源对称安装在电源控制盒两侧内腔，陀螺仪和加速度计安装在电源控制盒上，电源控制盒固定于上连接盖顶部；所述中心轴连接模块包含上连接盖、下连接盖和配重。上连接盖和下连接盖通过螺栓和螺母固定，配重固定于下连接盖底部。本专利技术与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：(1)本专利技术装置结构简单、紧凑，操作方便，具有较好的自动化程度。(2)无边轮机构的测试应用需要满足平面和空间无边轮相互切换能力、斜面运动控制能力，和复杂无边轮扩展能力这三方面的需求，本专利技术以此为设计目标，实现了腿结构数量、轮距和腿长调整、弹性阻尼元件调整以及平面单边/空间双边无边轮切换等功能，具有良好的实用性。进一步，上述调整功能包含自动调整方法，即在运行过程中由系统自行调整，而不需要使用者的参与，从而实现更多种类的运动模式研究。(3)本专利技术包含与控制手柄、上位机等扩展设备连接的接口功能，方便了与使用者的操作交互及功能扩展。附图说明图1为本专利技术提供的空间双边无边轮机构整体结构示意图。图2为本专利技术控制电路安装结构示意图。图3为本专利技术提供的单边无边轮机构的局部结构拆解示意图。图4为本专利技术单边无边轮机构部分结构示意图。图5为本专利技术腿部模块结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术及其实施例作进一步说明如下，但以下实施例仅是说明性的，本专利技术的保护范围并不受这些实施例的限制。实施例一如图1所示，一种用于双足机器人行走模拟与自动测试的无边轮机构，包括中心轴模块I、滑套模块II、腿部模块III、控制电路模块IV、中心轴连接模块V以及附加功能模块，其特征在于：所述腿部模块III通过螺母和螺栓安装于滑套模块II侧面，滑套模块II沿滑轨安装在中心轴模块I的侧面，中心轴模块I-1和中心轴模块I-2通过中心轴连接模块V相连，控制电路模块IV固定于中心轴连接模块V的顶部。实施例二本实施例与实施例一的技术方案基本相同，不同之处在于：如图1、图2所示，所述中心轴模块I包含2个中心轴模块子单元I-1、I-2，所有中心轴模块子单元I-1、I-2的具体结构相同，以中心轴模块子单元I-1为例，其包括中心轴I-1-1、滑轨I-1-2、质量块I-1-3和端盖I-1-4。中心轴I-1-1与中心轴连接模块V相连，滑轨I-1-2用于滑套II-1-1和中心轴I-1-1的连接和固定，防止滑套II-1-1绕中心轴I-1-1转动；质量块I-1-3安装在中心轴I-1-1内腔中，通过更换质量块来改变系统的转动惯量；端盖I-1-4通过螺钉固定在中心轴I-1-1的端面，防止质量块I-1-3脱落。如图1、图2、图3所示，所述滑套模块II包含2个滑套模块子单元II-1、II-2，所有滑套模块子单元II-1、II-2的具体结构相同，以滑套模块子单元II-1为例，其包括滑套II-1-1、腿部固定螺栓II-1-2、滑套固定螺母II-1-3和滑套固定螺栓II-1-4。滑套II-1-1沿滑轨I-1-2安装于中心轴I-1-1侧面，腿部模块子单元III-1通过腿部固定螺栓II-1-2与滑套II-1-1固连，滑套II-1-1通过滑套固定螺母II-1-3、滑套固定螺栓II-1-4和端盖I-1-4固定在中心轴I-1-1上，限制滑套II-1-1轴向移动，分别通过调节滑套固定螺母II-1-3调整轮距和更换滑套II-1-1改变腿的数量。如图2、图3、图4、图5所示，所述腿部模块III包含12个腿部模块子单元III-1、III-2、III-3、III-4、III-5、III-6、III-7、III-8、III-9、III-10、III-11、III-12，所有腿部模块子单元III-1、III-2、III-3、III-4、III-5、III-6、II本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于双足机器人行走模拟与自动测试的无边轮机构，包括中心轴模块(I)、滑套模块(II)、腿部模块(III)、控制电路模块(IV)、中心轴连接模块(V)以及附加功能模块，其特征在于：所述腿部模块(III)通过螺母和螺栓安装于滑套模块(II)侧面，滑套模块(II)沿滑轨安装在中心轴模块(I)的侧面，中心轴模块(I‑1)和中心轴模块(I‑2)通过中心轴连接模块(V)相连，控制电路模块(IV)固定于中心轴连接模块(V)的顶部，控制电路模块(IV)与PC上位机、控制手柄和摄像头可选扩展设备相连。

【技术特征摘要】
1.一种用于双足机器人行走模拟与自动测试的无边轮机构，包括中心轴模块(I)、滑套模块(II)、腿部模块(III)、控制电路模块(IV)、中心轴连接模块(V)以及附加功能模块，其特征在于：所述腿部模块(III)通过螺母和螺栓安装于滑套模块(II)侧面，滑套模块(II)沿滑轨安装在中心轴模块(I)的侧面，中心轴模块(I-1)和中心轴模块(I-2)通过中心轴连接模块(V)相连，控制电路模块(IV)固定于中心轴连接模块(V)的顶部，控制电路模块(IV)与PC上位机、控制手柄和摄像头可选扩展设备相连。2.根据权利要求1所述的用于双足机器人行走模拟与自动测试的无边轮机构，其特征在于：所述中心轴模块(I)包含2个中心轴模块子单元(I-1、I-2)，所有中心轴模块子单元(I-1、I-2)的具体结构相同，以中心轴模块子单元(I-1)为例，其包括中心轴(I-1-1)、滑轨(I-1-2)、质量块(I-1-3)和端盖(I-1-4)。中心轴(I-1-1)与中心轴连接模块(V)相连，滑轨(I-1-2)用于滑套(II-1-1)和中心轴(I-1-1)的连接，质量块(I-1-3)安装在中心轴(I-1-1)内腔中，端盖(I-1-4)通过螺钉固定在中心轴(I-1-1)的端面。3.根据权利要求1所述的用于双足机器人行走模拟与自动测试的无边轮机构，其特征在于：所述滑套模块(II)包含2个滑套模块子单元(II-1、II-2)，所有滑套模块子单元(II-1、II-2)的具体结构相同，以滑套模块子单元(II-1)为例，其包括滑套(II-1-1)、腿部固定螺栓(II-1-2)、滑套固定螺母(II-1-3)和滑套固定螺栓(II-1-4)。滑套(II-1-1)沿滑轨(I-1-2)安装于中心轴(I-1-1)侧面，腿部模块子单元(III-1)通过腿部固定螺栓(II-1-2)与滑套(II-1-1)固连，滑套(II-1-1)通过滑套固定螺母(II-1-3)和滑套固定螺栓(II-1-4)固定在中心轴(I-1-1)上。4.根据权利要求1所述的用于双足机器人行走模拟与自动测试的无边轮机构，其特征在于：所述腿部模块(III)包含12个腿部模块子单元(III-1、III-2、III-3、III-4、III-5、III-6、III-7、III-8、III-9、III-10、III-11、III-12)，所有腿部模块子单元(III-1、III-2、III-3、III-4、III-5、III-6、III-7、III-8、III-9、III-10、III-11、III-12)的具体结构相同，以腿部模块子单元(III-1)为例，包括内壳(III-1-1)、电气接头(III-1-2)、固定螺母(III-1-3)、电路线舱(III...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾文川，刘汉迪，张泉，孙翊，蒲华燕，马书根，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31