专利名称：一种基于单自由度六杆机构的骑自行车机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机械装置，具体指一种双曲柄的平面单自由度六杆机构，用于骑自行车机器人，实现仿人形骑自行车运动，属于机器人机构创新设计领域。
背景技术：
日本村田制造所开发的骑自行车型机器人“村田顽童”，将村田制作所的产品和先进控制技术应用于机器人，使其能静止、爬坡、过凹凸路面、过直平衡木和S形平衡木等各种路况。其中机器人“村田顽童”还曾亮相中国北京。国内和国外的骑自行车机器人的研究多在机器人的控制方面。2011年国际机器人展上，日本机器人专家Masahiko Yamaguchi 展示了一个小巧的骑固定齿轮自行车的机器人，可通过踏板动作施加压力进行前进、减速或者制动，并用陀螺仪和控制板实现平衡控制和遥控。以上两种机器人都是小型化，侧重控制研究，而对骑自行车机器人机构学方面的研究是比较少的。基于以上背景，我们运用机构学的相关知识，利用六杆机构实现单自由度骑自行车机器人的设计，该机构设计简单，控制方便。六杆机构可以看作是由一个四杆机构与一个二杆组组成，区别在于二杆组与四杆机构的连接方式和尺度不同，形成的机构类型不同，实现的功能不同，本发明是一种有两个曲柄的六杆机构，实现仿人形骑自行车运动。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。
图1是本发明骑自行车机器人的六杆机构示意图。图2是本发明骑自行车机器人六杆机构加平行四边形后的示意图。符号说明A、D、G_ 固定点，A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K-铰链，A、G-周转副，11、21_ 杆，15、25-杆。
具体实施例方式本发明采用硬铝合金材料加工各杆件，在各铰链连接处添加垫圈以使连接更可靠。参见附图1，A，D为机架，杆11、12、13构成曲柄摇杆机构，在摇杆13上串联二杆组14 和15构成平面六杆机构。杆件组成的四边形ABCD与四边形DEFC相似，D点和G点的位置为自行车脚蹬轴芯和车座中心的对应位置。A点位置的确定可先假设连线AD与连线DG的一个夹角，通过四边形相似，得出A点具体位置。电机固定在A处，杆11为曲柄，杆15也同为曲柄，杆11转一周，杆15也转一周，两者具有相同的周转速度。当ABC三个点在一条直线上时，GFE三个点也在一条直线上，此时为六杆机构的死点。参照图2，为改进后的六杆机构，可越过死点位置。增加平行四边形CHID和平行四边形DJKE。延长BC到H，得到杆22， 三副杆的一支点固定于D，做EK平行于DJ，得杆M，则四边形CHID和四边形DJKE为平行四边形。如果选用车型不同，则各杆件尺寸呈等比例变化。对于六杆长度的计算和相对位置的确定，首先可以根据自行车尺寸确定D，G的位置，杆25长度根据自行车脚蹬轴与中轴轴芯长度确定，杆M长度大致为人膝盖到脚底的长度，杆23中ED边长度大致为车座中心到膝盖的长度，至此四边形DEre已大致确定，其几何尺寸可以综合出，确定六杆机构各个杆件的长度。机器人的两条腿机构相同，安装位置有180°相位差，由单电机驱动杆21做周转运动，实现仿人机器人骑自行车的运动。以上所述仅为本发明较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
权利要求
1.一种基于单自由度六杆机构的骑自行车机器人，该机器人由二铰链杆01)、(25)、 (26)、(27)，三铰链杆(22)、(23)、(24)、(28)，转动副铰链(A)、(B)、(C)、(D)、(E)、(F)、(G)、 (H)、(I)、(J)、(K)和驱动电机组成。其特征在于二铰链杆和三铰链杆组成的四杆机构串联二杆组构成六杆机构骨架，并通过增加平行于骨架中三铰链杆两边的两个二铰链杆组成的平行四边形机构越过死点位置，此二铰链杆由三铰链杆连接并固定于机架上，从而得到九个杆件组成的骑自行车机器人机构。各杆件的几何尺寸利用仿生设计学原理等比例设计，并可根据车型大小调节机构尺寸实现仿人形机器人骑自行车的运动。
2.根据权利要求1所述的骑自行车机器人，其特征在于A，D为机架，杆11、12、13构成曲柄摇杆机构，在摇杆13上串联二杆组14和15构成平面六杆机构。杆件组成的四边形AB⑶与四边形DEFC相似，D点和G点的位置为自行车脚蹬轴芯和车座中心的对应位置。 A点位置的确定可先假设连线AD与连线DG的一个夹角，通过四边形相似，得出A点具体位置。电机固定在A处，杆11为曲柄，杆15也同为曲柄，杆11转一周，杆15也转一周，两者具有相同的周转速度。
3.根据权利要求1所述的骑自行车机器人，其特征在于如果选用车型不同，则各杆件尺寸呈等比例变化。对于六杆长度的计算和相对位置的确定，首先可以根据自行车尺寸确定D，G的位置，杆25长度根据自行车脚蹬轴与中轴轴芯长度确定，杆M长度大致为人膝盖到脚底的长度，杆23中ED边长度大致为车座中心到膝盖的长度，至此四边形DER；已大致确定，其几何尺寸可以综合出，确定六杆机构各个杆件的长度。机器人的两条腿机构相同， 安装位置有180°相位差，由单电机驱动杆21做周转运动，实现仿人机器人骑自行车的运动。
全文摘要
一种基于单自由度六杆机构的骑自行车机器人，该机器人由二铰链杆、三铰链杆、转动副铰链和驱动电机组成。二铰链杆和三铰链杆组成的四杆机构串联二杆组构成六杆机构骨架，并通过增加平行于骨架中三铰链杆两边的两个二铰链杆组成的平行四边形机构越过死点位置，此二铰链杆由三铰链杆连接并固定于机架上，从而得到九个杆件组成的骑自行车机器人机构。各杆件的几何尺寸利用仿生设计学原理等比例设计，并可根据车型大小调节机构尺寸实现仿人形机器人骑自行车的运动。
文档编号A63H31/00GK102553249SQ201210051969
公开日2012年7月11日 申请日期2012年3月2日 优先权日2012年3月2日
发明者李博, 李端玲, 白国超, 胡泽岩, 赵秀伟 申请人:北京邮电大学