β，两腿间夹角α满足如下关系：θ=·|-β ^
[0028] 具体地，在本实施例中装置工作时，实施过程如下：
[0029] 方式一，流程参见图3,行走过程参见图4,上身与地面始终保持垂直：
[0030] a)检查并连接好装置各部件，将装置跨立在行走平面上，将电池与主控板连通，将 控制程序由计算机下载至主控板上的主控芯片，下载完以后开启装置；
[0031] b)摆动腿髋腿部控制电机反转，摆动腿腿部获得初始摆动力矩，同时摆动腿足部 控制电机正转，使得摆动腿足尖蹬地。装置获得初始动能，且沿支撑腿一侧的侧向转动开 始。
[0032] c)装置沿支撑腿一侧侧向转动，支撑腿一侧的足部传感器触发，摆动腿足部控制 电机停转，摆动腿足部控制电机对应的弹簧系统的下端弹簧收缩，摆动腿足部抬起，摆动腿 前摆。支撑腿髋腿部控制电机正转，使装置运动过程中上身与行走面垂直。装置沿支撑腿 足部转动到最大位置。
[0033] d)装置沿支撑腿足部转动到侧向运动最大角度位置，支撑腿足部传感器组的足尖 部传感器触发，摆动腿也摆动至侧向投影与支撑腿重合的位置。随后支撑腿开始回转。
[0034] e)支撑腿回转且摆动腿继续前摆，摆动腿足部控制电机正转使得摆动腿足部放 下，上身在支撑腿髋腿部电机作用下继续保持与行走面垂直。摆动腿着地。
[0035] f)摆动腿足部着地，装置行走过程发生切换，原摆动腿变成新的支撑腿，原支撑腿 变成新的摆动腿。新摆动腿足部控制电机正转，使得新摆动腿足尖蹬地。
[0036] g)摆动腿足部控制电机正转，使得摆动腿足尖蹬地，摆动腿髋腿部控制电机反转， 摆动腿腿部获得摆动力矩。支撑腿在惯性和摆动腿足部蹬地的作用下发生沿支撑腿一侧的 转动。
[0037] h)装置运动过程类似c)、d)、e)，只是装置的支撑腿和摆动腿发生了切换，对应电 机A、B、Ml、M2工作状态也相应切换。
[0038] 方式二，流程参见图5,行走过程参见图6,通过对上身的摆动保持行走器的稳定：
[0039] a)检查并连接好装置各部件，将装置跨立在行走平面上，将电池与主控板连通，将 控制程序由计算机下载至主控板上的主控芯片，下载完以后开启装置；
[0040] b)摆动腿髋腿部控制电机反转，支撑腿髋腿部电机正转，上身开始前摆，且摆动腿 腿部获得初始摆动力矩，同时摆动腿足部控制电机正转，使得摆动腿足尖蹬地。装置获得初 始动能，且沿支撑腿一侧的侧向转动开始。
[0041] c)装置沿支撑腿一侧侧向转动，摆动腿足部控制电机停转，摆动腿足部控制电机 对应的弹簧系统的下端弹簧收缩，摆动腿足部抬起，摆动腿前摆，上身开始回摆，装置运动 过程中有θ =·|-β的角度关系。支撑腿沿其足部转动到最大位置。
[0042] d)支撑腿沿其足部转动到侧向运动最大角度位置，摆动腿也摆动至侧向投影与支 撑腿重合的位置。随后支撑腿开始回转。
[0043] e)支撑腿回转，摆动腿继续前摆，上身相应后摆，摆动腿足部控制电机正转，将摆 动腿足部放下。摆动腿着地。
[0044] f)摆动腿足部着地，装置行走过程发生切换，原摆动腿成为新的支撑腿，原支撑腿 成为新的摆动腿，上身回到与行走面垂线重合的位置，同时新摆动腿足部控制电机正转，使 得新摆动腿足尖蹬地。
[0045] g)摆动腿足部控制电机正转，使得摆动腿足尖蹬地，摆动腿髋腿部控制电机反转， 支撑腿髋腿部电机正转，上身开始前摆，且摆动腿腿部获得初始摆动力矩。支撑腿在惯性和 摆动腿足部蹬地的作用下发生沿支撑腿一侧的转动。
[0046] h)装置运动过程类似c)、d)、e)，只是装置的支撑腿和摆动腿发生了切换，对应电 机A、B、Ml、M2工作状态也相应切换。
[0047] 以上行走过程的立体图如图7所示。
【主权项】
1. 一种双足带上身的直腿行走器，其特征在于：包括髋部与上身连接部分（1)和髋部 与腿足连接部分（2);所述髋部与上身连接部分（1)包括上身（3)，固定在上身（3)内的主 控电路板（4)，分别与上身（3)连接的髋部L (5)和髋部R阳），髋部L (5)和髋部R(6)的内部 分别固定设置控制髋部和足部摆动夹角的电机Ml (7)和电机M2(8)，以及弹簧系统L(9)和 簧系统R(IO);所述髋部与腿足连接部分（2)包括分别与髋部L(5)和髋部R(6)固定连接的 腿部L (11)和腿部R (12)，腿部L (11)和腿部R (12)的底端铰接足部L (13)和足部R (14)， 设置在髋部L(5)和髋部R(6)内部控制足部L(13)和足部R(H)抬起与放下的电机A(15) 和电机B (16)，以及弹簧系统A (17)和弹簧系统B (18)。2. 根据权利要求1所述一种双足带上身的直腿行走器，其特征在于：所述腿部L(Il) 和腿部R(12)为一对不需要膝盖的直腿。3. 根据权利要求1所述一种双足带上身的直腿行走器，其特征在于：所述足部L(13) 和足部R(H)为一对用联轴器接铰接在腿部L(Il)和腿部R(12)下端的呈外八字形连接在 腿部上的窄弧形足部。4. 根据权利要求1所述一种双足带上身的直腿行走器，其特征在于：所述弹簧系统 A(17)的两条皮带分别套接在电机A(15)套有联轴器的转子上和足部L(13)的联轴器上， 弹簧系统B(18)的两条皮带分别套接在电机B(16)套有联轴器的转子上和足部R(H)的 联轴器上；弹簧系统A(17)的两端和弹簧系统B(IS)的两端均分别通过固定夹固定在腿部 L(Il)和腿部R(12)上某处，固定位置应确保弹簧系统的所有弹簧均处于弹性限度内的拉 伸状态。5. 根据权利要求1到4任一项所述一种双足带上身的直腿行走器，其特征在于：所述 足部L(13)和足部R(H)的底端设置有传感器组（19)，传感器组（19)主要是压力传感器。6. 根据权利要求1到4任一项所述一种双足带上身的直腿行走器，其特征在于：所述 电机Ml (7)和电机M2⑶的定子与髋部L(5)和髋部R(6)的内部面板固定，转子分别通过髋 部L(5)和髋部R(6)框架的内侧壁上固定的滚轴（23)后与上身（3)中部的连接部件（21) 固定；弹簧系统L(9)和簧系统R(IO)的皮带分别套接在电机Ml (7)和电机M2(8)的转子 上，弹簧系统L(9)和簧系统R(IO)分别与髋部L(5)和髋部R(6)框架的下侧壁固定连接； 髋部L(5)和髋部R(6)外侧壁由凸起的圆柱块（22)与上身（3)外侧的连接部件（21)上的 滚轴（23)连接。7. 根据权利要求1所述一种双足带上身的直腿行走器，其特征在于：所述上身（3)为 一个下侧具有四个连接部件（21)的匣子。8. 根据权利要求1所述一种双足带上身的直腿行走器，其特征在于：所述主控电路板 (4)是由一块或几块电路板组成的提供装置行走过程中传感器信号处理与控制信号发送的 电路板。9. 根据权利要求1到8任一项所述行走器的控制方法，其特征在于：行走器运动过程 的每一步开始时，行走器往支撑腿一侧转动，该转动将触发支撑腿一侧的足部传感器组足 跟部的传感器，传感数据经主控电路板处理后反馈控制数据到摆动腿一侧的足部控制电 机，控制支撑腿一侧的足部抬起；当沿支撑腿一侧的转动达到最大角度时后，触发支撑腿一 侧的足部传感器组足尖部的传感器，传感数据经主控电路板处理后反馈控制数据到摆动腿 一侧的足部控制电机，控制支撑腿一侧的足部放下。10.根据权利要求9所述行走器的控制方法，其特征在于：运动过程中可采用两种方 式：一种是上身与地面始终保持垂直；另一种是上身与行走面垂线夹角Θ，支撑腿与行走 面垂线夹角β，两腿间夹角α满足如下关系
【专利摘要】本发明公开了一种双足带上身的直腿行走器，行走器主体由两部分组成，包括髋部与上身连接部分，髋部与腿足部连接部分。髋部与上身连接部分包括固定有装置主控板的上身，连接髋部与上身并控制腿与上身之间夹角的电机M1、M2和弹簧系统R、L。髋部与腿足部连接部分包括与髋部固定连接的腿部，铰接在腿部底端的足部，控制足部抬起与放下的电机A、B，两端固定在腿部上中间通过皮带连接电机A和足部L、电机B和足部R的弹簧系统A、B。装置还包括放置在各控制环节的传感器。采用能量补偿的方式实现半被动行走。装置腿部是不需要膝盖的直腿，控制方法简单；足地碰撞通过抬脚控制得到避免；还能利用上身对被动行走器步态的影响，实现自然地节能行走。
【IPC分类】B62D57/032, A61F2/60
【公开号】CN104973160
【申请号】CN201510366481
【发明人】李清都, 金雪亮, 杨芳艳, 曾光, 蔡浩, 刘国栋, 唐俊, 刁建, 李永, 樊锁钟
【申请人】重庆邮电大学
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年6月29日