机器人用月牙轮腿及仿生机器人及其运动控制方法技术

本发明专利技术提出一种机器人用月牙轮腿以及仿生机器人，月牙轮腿包括轴连接器、内弧形腿、外弧形腿，所述内弧形腿的曲率大于外弧形腿的曲率，内弧形腿与外弧形腿的首尾连接，轴连接器设置于外弧形腿的顶部，以与外部驱动连接，所述仿生机器人，包括底板、四个月牙轮腿、四组驱动，四个月牙轮腿与四组驱动一一对应连接，四个月牙轮腿两两设置在底板的左右两侧，本发明专利技术的四个月牙轮腿分别由四个伺服电机驱动，并在轮轴上安装有绝对编码器测其角位移状态，可模仿四足动物的静步态行走方式、动步态行走方式和自由步态行走方式。

Crescent legs for robot and bionic robot and its motion control method

【技术实现步骤摘要】
机器人用月牙轮腿及仿生机器人及其运动控制方法
本专利技术涉及机器人
，尤其涉及一种机器人用月牙轮腿及仿生机器人及其运动控制方法。
技术介绍
仿生移动机器人多为四足、六足，其中，四足仿生机器人多模仿四足哺乳动物和爬行动物的步态，其腿均为多关节腿，每个关节的运动需要一个驱动，结构复杂、控制难度大；六足仿生机器人其模仿的是六足纲昆虫的行走步态，其腿有多关节腿、C形腿和偏心轮腿等，其中，C形腿和偏心轮腿结构简单，但C形腿负重能力差容易断裂，偏心轮腿虽负重能力强，但功能单一。
技术实现思路
有必要提出一种机器人用月牙轮腿。还有必要提出一种仿生机器人。还有必要一种仿生机器人的运动控制方法。一种机器人用月牙轮腿，包括轴连接器、内弧形腿、外弧形腿，所述内弧形腿的曲率大于外弧形腿的曲率，内弧形腿与外弧形腿的首尾连接，轴连接器设置于外弧形腿的顶部，以与外部驱动连接。进一步，外弧形腿的弧长大于外弧形腿的半圆。进一步，内弧形腿的弧长不大于内弧形腿的半圆。进一步，内弧形腿与外弧形腿的首端和尾端均设置紧固件，以将二者连接。一种仿生机器人，包括底板、四个月牙轮腿、四组驱动，四个月牙轮腿与四组驱动一一对应连接，四个月牙轮腿两两设置在底板的左右两侧，四组驱动具有相同结构，一组驱动包括安装于底板上的齿轮箱、轴承、减速器、伺服电机、绝对编码器，伺服电机连接减速器，减速器连接齿轮箱，齿轮箱的输出轴通过轴承连接月牙轮腿的轴连接器，绝对编码器与齿轮箱的另一输出轴由齿轮组连接，绝对编码器和伺服电机均挂接在STM32微控制器的CAN总线上，月牙轮腿的角位移状态由绝对编码器测得，所述所述月牙轮腿为如所述的月牙轮腿。进一步，所述伺服电机、STM32微控制器、绝对编码器均由电池供电。一种仿生机器人的运动控制方法，在STM32微控制器的控制下，四个月牙轮腿实现正转和反转，正转时，月牙轮腿为轮，反转时，月牙轮腿为钩。本专利技术的四个月牙轮腿分别由四个伺服电机驱动，并在轮轴上安装有绝对编码器测其角位移状态，可模仿四足动物的静步态行走方式、动步态行走方式和自由步态行走方式。本专利技术是应用地面动力学的研究成果和仿生学原理，设计出的一种全新的月牙轮腿四足仿生机器人及其运动控制方法，它不仅可在沙漠、草原、公路、泥泞坑滩中行走，而且还能攀爬楼梯和乱石滩，可用于沙漠、草原、山脉等复杂地形的探险、营救和军事侦察工作，也可用于月球表面和火星表面的探测。附图说明图1为月牙轮腿的示意图。图2为仿生机器人的示意图。图3、4、5为仿生机器人的不同状态的示意图。图6为其攀爬楼梯的示意图。图中：月牙轮腿10、轴连接器11、内弧形腿12、外弧形腿13、紧固件14、底板20、齿轮箱31、轴承32、减速器33、伺服电机34、绝对编码器35。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。参见图1，本专利技术实施例提供了一种机器人用月牙轮腿10，包括轴连接器11、内弧形腿12、外弧形腿13，所述内弧形腿12的曲率大于外弧形腿13的曲率，以使内弧形腿12与外弧形腿13之间预留形变缓冲空间，内弧形腿12与外弧形腿13的首尾连接，轴连接器11设置于外弧形腿13的顶部，以与外部驱动连接。外弧形腿13是轮，内弧形腿12是弹性支撑。进一步，外弧形腿13的弧长大于外弧形腿13的半圆。进一步，内弧形腿12的弧长不大于内弧形腿12的半圆。进一步，内弧形腿12与外弧形腿13的首端和尾端均设置紧固件14，以将二者连接。参见图2至5，本发还提出一种仿生机器人，包括底板20、四个月牙轮腿10、四组驱动，四个月牙轮腿10与四组驱动一一对应连接，四个月牙轮腿10两两设置在底板20的左右两侧，四组驱动具有相同结构，一组驱动包括安装于底板20上的齿轮箱31、轴承32、减速器33、伺服电机34、绝对编码器35，伺服电机34连接减速器33，减速器33连接齿轮箱31，齿轮箱31的输出轴通过轴承32连接月牙轮腿10的轴连接器11，绝对编码器35与齿轮箱31的另一输出轴由齿轮组连接，绝对编码器35和伺服电机34均挂接在STM32微控制器的CAN总线上，月牙轮腿10的角位移状态由绝对编码器35测得，所述所述月牙轮腿10为如所述的月牙轮腿10。进一步，所述伺服电机34、STM32微控制器、绝对编码器35均由电池供电。本专利技术还提出一种仿生机器人的运动控制方法，在STM32微控制器的控制下，四个月牙轮腿10实现正转和反转，正转时，月牙轮腿10为轮，反转时，月牙轮腿10为钩。从而，克服了偏心轮腿功能单一的缺点。本专利技术的仿生机器人的静步态行走方式如图3所示，静步态行走方式的特点是在任意时刻都至少有3个以上的腿处于支撑相。如图3所示，月牙轮腿10（10-1）、（10-3）、（10-4）处于支撑相，与多关节腿的摆动换相（多关节腿是通过腿的前后摆动完成支撑换相的）不同的是月牙轮腿10是通过旋转完成换相的，如图3所示，月牙轮腿10（10-2）正处在旋转换相态。另外，处于支撑相的腿也在旋转，并带动机器人前进；换相腿的旋转速度大于支撑腿的旋转速度，要保证机器人重心从前一支撑三角向下一支撑三角移动时下一支撑三角能及时形成。换相腿的换相顺序可有多种，如，10-1→10-4→10-2→10-3→10-1。月牙轮腿10四足仿生机器人的动步态行方式有对角小跑、跳跃和溜脚。图4所示为对角小跑，月牙轮腿10（10-1）、（10-4）处于支撑相，月牙轮腿10（10-2）、（10-3）处于旋转换相态；处在支撑相的月牙轮腿10（10-1）、（10-4）也以一定的速度旋转，其转速决定了机器人的前进速度；处于换相态的月牙轮腿10（10-2）、（10-3）在离开地面后加速旋转，并在处于支撑相的月牙轮腿10（10-1）、（10-4）离地前与其保持设定的跟随角度（跟随角度为离地腿与触地腿之间的夹角，图5中离地腿（10-1）与触地腿（10-2）的夹角α为600，故跟随角为600），以保证机器人身体与地面在设定的高度范围内。月牙轮腿10四足仿生机器人其月牙轮腿10反转时有钩的效果可以攀爬楼梯和乱石坡，图6为其攀爬楼梯的示意图，图中月牙轮腿10（10-4）、（10-1）、（10-2）反转像钩子一样钩挂在楼梯台阶上向上攀爬，月牙轮腿10（10-3）准备钩挂上一阶台阶，月牙轮腿10以10-1→10-4→10-2→10-3→10-1的顺序换相。本专利技术实施例装置中的模块或单元可以根据实际需要进行合并、划分和删减。以上所揭露的仅为本专利文件较佳实施例而已，当然不能以此来限定本专利技术之权利范围，而且在不背离本专利技术的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本专利技术。本领域普通技术人员可以理本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人用月牙轮腿，其特征在于：包括轴连接器、内弧形腿、外弧形腿，所述内弧形腿的曲率大于外弧形腿的曲率，内弧形腿与外弧形腿的首尾连接，轴连接器设置于外弧形腿的顶部，以与外部驱动连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种机器人用月牙轮腿，其特征在于：包括轴连接器、内弧形腿、外弧形腿，所述内弧形腿的曲率大于外弧形腿的曲率，内弧形腿与外弧形腿的首尾连接，轴连接器设置于外弧形腿的顶部，以与外部驱动连接。


2.如权利要求1所述的机器人用月牙轮腿，其特征在于：外弧形腿的弧长大于外弧形腿的半圆。


3.如权利要求1所述的机器人用月牙轮腿，其特征在于：内弧形腿的弧长不大于内弧形腿的半圆。


4.如权利要求1所述的机器人用月牙轮腿，其特征在于：内弧形腿与外弧形腿的首端和尾端均设置紧固件，以将二者连接。


5.一种仿生机器人，其特征在于：包括底板、四个月牙轮腿、四组驱动，四个月牙轮腿与四组驱动一一对应连接，四个月牙轮腿两两设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡钢墩，
申请(专利权)人：胡钢墩，
类型：发明
国别省市：宁夏;64