2d四足机器人的转弯结构及其控制方法
【专利摘要】本发明公开一种2D四足机器人的转弯结构及其控制方法，该装置包括一个滚珠丝杆，“人”字形结构的拉丝，该丝杆固定在机器人上部平台上，拉丝固定在两腿之间，通过驱动电机来拉动。以及驱动丝杆转动的驱动电机，电机配有编码器用来检测电机转速。通过拉丝拉动来限制两腿之间的距离，改变步长大小，通过一定的时间积累就可以到达转弯的效果。该装置是一种结构简洁，设计精巧的转弯装置，可以用较少的机械部件结构实现转弯动作，并且有效地解决了2D机器人转弯以及转弯不稳定的状况。
【专利说明】
2D四足机器人的转弯结构及其控制方法
技术领域
[0001] 本发明设及机器人领域，具体是一种2D四足机器人的转弯结构及其控制方法，可 W用于康复医疗、玩具、军事等领域。
【背景技术】
[0002] 目前，机器人的研究在世界各国都是一个热点，对2D足式机器人的研究更是如火 如茶，目前已面世2D足式机器人已经取得了一定的成果，但也有明显的缺点，特别是在转弯 的控制结构和方法上均存在一定的缺陷，例如，不同于3D足式机器人，2D足式机器人在结构 上缺少髓关节的侧向运动，因此2D双足机器人一般无法正常实现转弯行走。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种简单、稳定W及有效的能够使2D四足机器人转弯的装 置及其控制方法，该装置及控制方法可W实现2D四足机器人的转弯。
[0004] 为了实现上述目的本发明采用如下技术方案：2D四足机器人的转弯结构，包括直 腿I、直腿Π 、直腿虹、直腿IV，W及设置于所述直腿I、直腿Π 、直腿虹和直腿IV上部的机器 人上部平台，安装于所述机器人上部平台上的滚珠丝杆，联轴器、电机、拉丝IW及拉丝Π ， 所述滚珠丝杆由螺杆、滚珠滑块和滚珠构成，滚珠隐含在所述滚珠滑块与螺杆结合处，所述 螺杆通过联轴器连接电机，在所述直腿I、直腿Π 、直腿虹和直腿IV上分别固定设置锁扣I、 锁扣Π 、锁扣虹和锁扣IV，所述拉丝I和拉丝Π 均呈"人"字形，拉丝I和拉丝Π 的上端分别固 定在滚珠滑块上，拉丝I的两下端分别固定在锁扣I和锁扣Π 上，拉丝Π 的两下端分别固定 在锁扣虹和锁扣IV上。还包括与电机连接的编码器，用于测量电机的转速。
[0005] 为了更好地实现本发明，所述呈"人"字形的拉丝I由两根柔性钢丝构成，其中第一 条柔性钢丝的长度大于2D四足机器人同一侧内外直腿1/2处正常叉开时的间隔距离击，第 二条柔性钢丝长度大于左
岸中I为直腿长度的據2，点为2D四足机 器人上部平台长度的"2,将第二条柔性钢丝的一端固定在第一条柔性钢丝的中点;拉丝Π 的构成方式与拉丝I相同。拉丝上端分别固定在滚珠滑块的中点，拉丝下端分别固定在锁扣 上，W此安装在机器人上，拉丝I和拉丝Π 均处于細紧的状态呈现"人"字形。
[0006] -种2D四足机器人的转弯结构的控制方法，包括2D四足机器人发出转弯指令，控 制转弯结构的电机转动进而带动滚珠滑块向左或向右移动，使得拉丝Π 或拉丝I向上拉紧 从而减小机器人右侧或左侧步长，W使机器人两侧产生步长差，进而使得机器人向右或向 左转弯。机器人初始状态和机器人直行状态下，滚珠滑块位于螺杆中间。
[0007] 本发明的有益效果是:本2D四足机器人的转弯结构，通过简单的滚珠丝杆加拉丝 结构，在确保机械系统低复杂度的情况下，控制2D四足机器人两侧腿部产生步长差来实现 转弯。
[000引本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并 且在某种程度上，基于对下文的研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可w从 本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可W通过下面的说明书来实现和获 得。
【附图说明】
[0009] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合【附图说明】对本发明 作进一步的阐述，其中： 图1是本发明的结构及其在2D四足机器人平台上的安装示意图（正面）； 图2是2D四足机器人利用本发明转弯的状态示意图； 图中：1-机器人上部平台，2-滚珠丝杆，3-螺杆，4-滚珠滑块，5-联轴器，6-电机，7-编码 器，8-拉丝Π ，9-锁扣IV，10-锁扣虹，11-直腿IV，12-直腿虹，13-直腿Π ，14-直腿I，15-锁扣 1，16-锁扣11，17-拉丝1。
【具体实施方式】
[0010] W下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例 仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
[0011] 本发明所适用的2D四足机器人为采用分叉腿结构的足式机器人，如图1和图2所 示。参见图1，2D四足机器人的转弯结构，包括直腿114、直腿Π 13、直腿虹12、直腿IV11，W及 设置于所述直腿114、直腿Π 13、直腿虹12和直腿IV11上部的机器人上部平台1，其特征在 于:还包括安装于所述机器人上部平台1上的滚珠丝杆2,联轴器5、电机6、拉丝I17W及拉丝 Π 8，所述滚珠丝杆2由螺杆3、滚珠滑块4和滚珠构成，所述螺杆3通过联轴器5连接电机6，在 所述直腿114、直腿Π 13、直腿虹12和直腿IV11上分别固定设置锁扣115、锁扣Π 16、锁扣虹 10和锁扣IV9,各锁扣固定后不能沿腿部上下移动;所述拉丝117和拉丝Π 8均呈"人"字形， 二者的结构互为镜像，拉丝117和拉丝Π 8的上端分别固定在滚珠滑块4上，拉丝117的两下 端分别固定在锁扣115和锁扣Π 16上，拉丝Π 8的两下端分别固定在锁扣虹10和锁扣IV9上。
[0012] 所述滚珠滑块4为滚珠丝杆2-部分可在螺杆3上线性移动;所述滚珠隐含在滚珠 滑块4与螺杆3结合处，且可沿着螺杆3滚动;所述电机6带有编码器7,通过编码器7测出电机 6的转速W便机器人控制器采用PID闭环控制算法控制电机转速。
[0013] 整个转弯结构按照图1的方式安装在2D四足机器人平台上，且滚珠丝杆与机器人 的四足保持垂直;安装完毕后滚珠丝杆上的滚珠滑块初始情况下处于螺杆的中点，此时拉 丝I和拉丝Π 均处于細紧的状态呈现"人"字形状态如图1所示，机器人可正常直行。
[0014] 本发明2D四足机器人的转弯结构按如下控制方法控制机器人转弯： 1、 初始情况，即2D四足机器人处于直行状态，此时滚珠丝杆上的滚珠滑块处于螺杆中 点处，拉丝I和拉丝Π 均細紧;机器人两侧步长相等，即：腿I和腿Π 间于下端处的距离与与 腿虹和腿IV间于下端处的距离&满足等式接二皆； 2、 机器人控制器发出转弯指令，控制系统采用PID控制算法驱动转弯结构的电机顺时 针或逆时针转动，进而通过联轴器带动滚珠丝杆的螺杆顺时针或逆时针转动； 3、 螺杆顺时针或逆时针转动，进而带动滚珠滑块向左或向右移动机器人正面朝向 为前方），滚珠滑块移动方向与螺杆转动方向的对应关系按转弯结构的具体安装方式决定； 4、 滚珠滑块向左(或向右)移动，进而带动拉丝I向上拉紧(或拉丝Π 向上拉紧）（W图1 面向文档一面为机器人正面），于是减小机器人右侧（或左侧）的步长，而机器人左侧（或右 侦D步长不变，于是机器人左右两侧腿出现步长差，当机器人两侧步长差达到一定值时，电 机停止转动； 5、 机器人W上述状态继续行走，由于两侧步长差的原因机器人行走的路线为向右(或 向左)弯曲的弧线，从而实现右转(或左转）； 6、 机器人控制器发出直行指令，转弯结构的电机转动使得滚珠丝杆的滚珠滑块移动到 螺杆中点处，直流电机停止转动，转弯结构回到初始状态，机器人直行。
【主权项】
1.2D四足机器人的转弯结构，包括直腿I (14)、直腿π (13 )、直腿虹（12)、直腿IV (11)， W及设置于所述直腿1(14)、直腿Π (13)、直腿虹（12)和直腿IV(ll)上部的机器人上部平台 (1)，其特征在于:还包括安装于所述机器人上部平台（1)上的滚珠丝杆(2)，联轴器巧）、电 机(6)、拉丝I (17) W及拉丝Π (8)，所述滚珠丝杆(2)由螺杆(3)、滚珠滑块(4)和滚珠构成， 所述螺杆(3)通过联轴器巧)连接电机(6)，在所述直腿1(14)、直腿Π (13)、直腿虹（12)和直 腿IV (11)上分别固定设置锁扣I (15)、锁扣Π (16)、锁扣虹（10)和锁扣IV (9)，所述拉丝I (17)和拉丝Π (8)均呈"人"字形，拉丝1(17)和拉丝Π (8)的上端分别固定在滚珠滑块(4) 上，拉丝I (17)的两下端分别固定在锁扣I (15)和锁扣Π (16)上，拉丝Π (8)的两下端分别固 定在锁扣虹（10)和锁扣IV(9)上。2. 根据权利要求1所述2D四足机器人的转弯结构，其特征在于:所述呈"人"字形的拉丝 1(17)由两根柔性钢丝构成，其中第一条柔性钢丝的长度大于2D四足机器人同一侧内外直 腿1/2处正常叉开时的间隔距离法，第二条柔性钢丝长度大于其中《为直腿长度的1/2，格为2D四足机器人上部平台长度的^ ]，将第二条柔性钢丝的一 端固定在第一条柔性钢丝的中点;拉丝Π (8)的构成方式与拉丝1(17)相同。3. 根据权利要求1或2所述2D四足机器人的转弯结构，其特征在于:还包括与电机(6)连 接的编码器(7)，用于测量电机(6)的转速。4. 根据权利要求3所述2D四足机器人的转弯结构，其特征在于:所述滚珠隐含在所述滚 珠滑块(4 )与螺杆(3 )结合处。5. -种2D四足机器人的转弯结构的控制方法，其特征在于:包括2D四足机器人发出转 弯指令，控制转弯结构的电机(6)转动进而带动滚珠滑块(4)向左或向右移动，使得拉丝Π (8)或拉丝1(17)向上拉紧从而减小机器人右侧或左侧步长，W使机器人两侧产生步长差， 进而使得机器人向右或向左转弯。6. 根据权利要求5所述2D四足机器人的转弯结构的控制方法，其特征在于:机器人直行 状态下，滚珠滑块(4)位于螺杆(3)中间。
【文档编号】B62D57/032GK105835982SQ201610219590
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月11日
【发明人】李清都, 冷洁, 杨芳艳, 金雪亮, 唐春茂, 延明珠, 周雪卿
【申请人】重庆邮电大学