专利名称：一种实现足型机器人行走及转向的控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种实现足型机器人行走及转向的控制装置，属于机器人技术领域。
背景技术：
目前，国内外学者已经研究了许多足型及多足机器人试验模型。
这些机器人大都可以实现行走前进功能，但有的受到机构设计的限制，无法实现转弯功能，如上海交通大学开发的SMA丝驱动的仿螳螂式六足步行机器人。
能够实现足型机器人尤其是多足机器人的转向运动一般有两种情况若机器人的躯体是刚性的，则其转向一般通过腿部动作来完成，那么每条腿至少应该有髋关节大腿和小腿3个自由度，只就直接导致了结构复杂且需要的驱动马达过多。若多足机器人的躯体采用分段式连接，为实现转向，各段躯体之间就需要有俯仰和摇摆两个自由度，这仍然导致结构复杂。
上海交大于2002年研发出了形状记忆合金驱动的微型双三足步行机器人，利用形状记忆合金在通电加热后能够伸缩的特性来驱动身体转动关节，从而达到转向的目的。但是，此发明受到材料的限制，只适用于体重较轻的微型机器人，不具备广泛的适用性；而且，其控制系统仍然很复杂。
设计内容本发明的目的在于针对目前技术上的不足，提出一种新的思路，设计了一种能够同时实现足型机器人行走及转向功能的控制机构装置，尤其适合多足机器人。
本发明跳出实现机器人转向要由机器人腿部关节来完成的思维模式，而是利用欠驱动学等原理，将机器人的行走和转向功能在一个统一的控制装置来实现。
可以假设足型及多足仿生机器人的脚运动一周为一个周期，由仿生学的发现可知多足生物对称足之间相位差为180度，且在转弯时运动方向为相反，本发明的转向功能即是因此原理而设计。
由本发明装置的两端输出端口来连接机器人的足部结构，通过控制输出端口的运动状态来决定足型机器人整体的运动状态。此装置和足部结构连接，即可以实现机器人在行走功能的同时，能够进行灵巧的转弯。本发明利用了机械结构的优化设计，使控制方法更加简单可靠，并具有广泛的适用性。
本发明的技术方案如下一种实现足型机器人行走及转向的控制装置，主要包括驱动部分、离合部分、输出部分和机架构成。
其具体特征如下驱动部分构成动力驱动装置固定在机架上，由一个马达控制齿轮的转动，由这一齿轮连接两个相对称的相同的齿轮，分布在机架的两边。当马达连接的齿轮转动时，分布在机架两边的齿轮进行速度相同但是方向相反的转动。其中一边的齿轮连接上一个输出轴，不可以相对旋转；另外一边的齿轮也连接上一个输出轴，可以相对旋转。
离合部分构成离合驱动装置固定在机架上，可以控制拨叉，拨叉又作用到离合装置上。离合装置与可以与齿轮相对旋转的轴进行连接，不可相对旋转但可以轴向运动。离合装置可以且只能与机架两边齿轮进行定点啮合。
输出部分构成输出部分主要由机架两边的输出端组成。
两边的输出端可与机器人的足相连接，即可构成一个完整的机器人。
机器人的前进功能的实现是通过动力驱动装置进行正向转动时，带动动力驱动的齿轮旋转；继而带动两边的齿轮旋转。此时，离合驱动装置作用于拨叉，拨叉决定了离合装置和机架两边的齿轮啮合的状况。倘若与离合装置连接的不可相对旋转的轴通过离合装置与对边齿轮进行单点连接，则两个输出端的旋转方向一致，通过与足的连接即可实现机器人的前进功能。此时，若动力驱动装置反转，则可实现机器人的后退功能。
转向功能的实现是通过离合装置带动与其连接的不可相对旋转的轴，与此边的齿轮进行单点啮合。若动力驱动装置进行转动时，则实现了两个输出端的旋转方向相反，此时，通过与足的连接即可实现机器人的转向功能。
本发明应用到足型及多足机器人时应有以下三点需要注意一、安装两侧齿轮时，设阻型机器人身体处于水平，则两齿轮与离合结构的啮合点与齿轮轴线所构成的两个平面应以过齿轮轴线的水平面为对称面相互对称；二、两侧的输出端分别与多足机器人两侧的足相连；三、安装足型机器人的足时，应保证机器人对称足之间相位差为180度。
与现有技术相比，本发明通过机械结构的优化设计，减少了大量的控制环节，减少能耗且能够更加协调的实现行走及转弯功能，且可靠性、稳定性更高；且由于本发明控制装置可以模块化，故通过使用本发明可以大大降低机器人的成本。
由于以上所述的特点，本发明也可以较好的应用于汽车领域；同样可以用于航天探测、军事、工业、考古勘探、医疗设备等领域；还可以用于玩具开发等领域或作为收藏装饰品，具有较高的实用价值。
图一、图二为一种实现足型机器人行走及转向的控制装置的运动原理示意图。
图一中，1为支架；2为离合驱动装置；3为拨叉；4、7、9皆为齿轮；5、10皆为输出杆；6为离合装置；8为动力驱动装置。
图二中，1为支架；2为离合驱动装置；3为拨叉；11、12、13、14皆为齿轮；5、10皆为输出杆；6为离合装置；8为动力驱动装置。
具体实施例方式本发明最佳实施方案如实施例一，如图一所示。
以下关于实施例一结合图一对本发明的技术实施方案作详细说明。
动力驱动装置8固定在机架1上。当驱动装置8带动齿轮7进行转动时，齿轮7即可带动齿轮9和齿轮4旋转。齿轮9与齿轮4的轴线处于同一条线上，其旋转速度一样但旋转方向相反。齿轮9与输出杆10连接，不可以相对旋转；齿轮4与输出杆5连接，可以相对旋转。输出杆10的转动方向由齿轮9控制，转动方向与齿轮9相同，而输出杆5与离合装置6控制，两者不可相对旋转但可以进行轴向移动。
若离合装置6与齿轮4单点啮合，则输出杆5的转动方向与齿轮4相同，此时与本发明连接的足型及多足机器人的状态为转弯运动状态。因为当驱动装置8带动齿轮7进行顺时针转动(自下往上看)，齿轮7即可带动齿轮9和齿轮4旋转。从左往右望去，齿轮9为逆时针旋转，齿轮4为顺时针旋转；则输出杆5为顺时针旋转；而输出杆10与齿轮9旋转方向相同，皆为逆时针旋转。此时，状态向右转弯。同样的道理，若当驱动装置8带动齿轮7进行逆时针转动，则状态为向左转弯。
若当离合装置6与齿轮9单点啮合时，则输出杆5的转动方向与齿轮9相同，此时与本发明连接的足型机器人处于前进或后退运动状态。因为当驱动装置8带动齿轮7进行顺时针转动(自下往上看)，齿轮7即可带动齿轮9和齿轮4旋转。从左往右望去，齿轮9为逆时针旋转，则输出杆5和输出杆10都与齿轮9旋转方向相同，为逆时针旋转。此时，状态为前进运动。同样的道理，若当驱动装置8带动齿轮7进行逆时针转动(自下往上看)，则状态为后退运动。
本发明实施方案还有实施例二，如图二所示。
以下关于实施例二结合图二对本发明的技术实施方案作详细说明。
动力驱动装置8固定在机架1上。当驱动装置8带动齿轮12进行转动时，齿轮12同时带动齿轮13和齿轮11旋转；齿轮13又带动齿轮14旋转。齿轮13和齿轮12大小相同旋转速度一样且方向相反；齿轮11与齿轮14的轴线处于同一条线上，其旋转速度一样且旋转方向相反。齿轮14与输出杆10连接，不可以相对旋转；齿轮11与输出杆5连接，可以相对旋转。输出杆10的转动方向由齿轮14控制，转动方向与齿轮14相同，而输出杆5与离合装置6控制，两者不可相对旋转但可以进行轴向移动。
若离合装置6与齿轮11单点啮合，则输出杆5的转动方向与齿轮11相同，此时与本发明连接的足型及多足机器人的状态为转弯运动状态。若当离合装置6与齿轮14单点啮合时，则输出杆5的转动方向与齿轮14相同，此时与本发明连接的足型机器人处于前进或后退运动状态。
本发明实施方案不局限于以上两种方案的实施，只要能实现两边齿轮能够带动输出端进行反向和同向旋转，即符合本发明的原理，而对具体的外边形式没有严格的限制。
权利要求
1.一种实现足型机器人行走及转向的控制装置，主要包括机架(1)、离合装置(6)、驱动部分和两边的输出杆(5)和输出杆(10)，其特征在于离合驱动装置(2)固定在机架(1)上，通过拨叉(3)作用在离合装置(6)上，驱动部分包括动力驱动装置(8)固定在机架(1)上，通过齿轮(7)与齿轮(9)和齿轮(4)啮合。
2.根据权力要求1所述的一种实现足型机器人行走及转向的控制装置，其特征在于齿轮(9)与输出杆(10)连接，不可相对旋转，齿轮(4)与输出杆(5)连接可相对旋转，离合装置(6)与输出杆(5)连接，不可相对旋转可轴向移动。
3.根据权力要求1所述的一种实现足型机器人行走及转向的控制装置，其特征在于离合装置(6)分别与齿轮(4)，齿轮(9)只能定点啮合。
4.根据权力要求1所述的一种实现足型机器人行走及转向的控制装置，其特征在于动力驱动装置(8)带动齿轮(4)和齿轮(9)同速反向旋转，所以，把齿轮(4)换为齿轮(11)，把齿轮(9)换为齿轮(14)把齿轮(7)换为齿轮(12)和齿轮(13)，可实现同样功能。
全文摘要
一种实现足型机器人行走及转向的控制装置，属于机器人技术领域。本发明跳出实现机器人转向要由机器人腿部关节来完成的思维模式，而是利用欠驱动学等原理将机器人的行走和转向功能在一个统一的控制装置来实现。与现有技术相比，本发明通过机械结构的优化设计，减少了大量的控制环节，减少能耗且能够更加协调的实现行走及转弯功能，且可靠性、稳定性更高；且由于本发明控制装置可以模块化，故通过使用本发明可以大大降低机器人的成本。本发明在汽车领域、航天探测、玩具开发、军事、工业、考古勘探、医疗设备等领域同样具有较高的实用价值。
文档编号B62D57/032GK1730309SQ20051010247
公开日2006年2月8日 申请日期2005年9月14日 优先权日2005年9月14日
发明者郑世杰, 乔万里, 邓铁军 申请人:郑世杰, 邓铁军