一种四自由度狭窄足印机器人的制作方法

本实用新型涉及一种四自由度狭窄足印机器人，属于机器人技术领域。

背景技术：

机器人技术是一门新兴的综合性学科，涉及了机械、电子、计算机、材料、传感器、控制技术及人工智能等众多学科，体现了一个国家的智能化和自动化研究水平。双足机器人是机器人家族中最重要的成员之一，它涉及仿生学、人工智能、机械创新、计算机仿真学、通讯等相关学科，在科研、生产、生活方面的价值都十分突出。双足机器人具有传统的轮式、履带式机器人的无法比拟的优越性，传统的轮式、履带式机器人在不平坦的地面工作时，会大增加其能耗，而在松软地面或者严重崎岖不平的地形上行进时，它们就举步维艰了，双足机器人在该地形的推进有独特的优越性能。双足机器人对环境的适应能力强，不仅可以在狭窄的空间中工作，还能够跨越障碍、上下台阶、甚至在不平整地面上运动，这些优势使其具有更广阔的应用前景。

在机器人设计的教与学的过程中，还没有一种有效的教学工具，能形象、直观地使学生领会竞走机器人的工作原理，并同时能提高学生的动手能力、激发学生的创造能力。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种四自由度狭窄足印机器人，以用于在机器人设计的教与学的过程中提供具有前后行走、旋转功能的机器人问题。

本实用新型的技术方案是：一种四自由度狭窄足印机器人，包括躯干部1、左腿结构和右腿结构，所述左腿结构和右腿结构相同，右腿结构包括右腿胯部舵机2、右舵机固定架Ⅰ4、U形架Ⅰ6、右腿脚部舵机8、右舵机固定架Ⅱ10、右脚底板12，左腿结构包括左腿胯部舵机3、左舵机固定架Ⅰ5、U形架Ⅱ7、左腿脚部舵机9、左舵机固定架Ⅱ11、左脚底板13；

所述右腿胯部舵机2、左腿胯部舵机3的输出轴向上与躯干部1相固定，右腿胯部舵机2、左腿胯部舵机3的壳体分别与右舵机固定架Ⅰ4、左舵机固定架Ⅰ5相固定，U形架Ⅰ6、U形架Ⅱ7开口向下，右舵机固定架Ⅰ4、左舵机固定架Ⅰ5分别与U形架Ⅰ6、U形架Ⅱ7的上面板相固定，右腿脚部舵机8、左腿脚部舵机9的输出轴分别固定于U形架Ⅰ6、U形架Ⅱ7的侧板上，右腿脚部舵机8的壳体通过右舵机固定架Ⅱ10固定于右脚底板12，左腿脚部舵机9的壳体通过左舵机固定架Ⅱ11固定于左脚底板13。

还包括用于控制舵机运行的电路部分，所述电路部分包括电源、单片机、无线串口通信数据模块以及上位机；电源用于提供电能，单片机产生控制舵机运行的脉冲信号，单片机通过无线串口通信数据模块与上位机相通讯。

其中，所示的电源用于给各个舵机、单片机的工作提供稳定的电源，单片机发出PWM脉冲信号对舵机的转动角度进行控制。单片机通过无线串口通信数据模块与上位机通信，单片机根据接收的上位机的控制指令对舵机的运行进行控制，还可将运行状态信息上传至上位机。

本实用新型的工作原理是：

建立空间直角坐标系o-xyz，x轴方向与竞走机器人所要行走的正前方相一致，y轴垂直于x轴和z轴所在的平面并指向机器人的右侧，z轴方向与竞走机器人站立的竖直方向相一致；所述右腿胯部舵机2、左腿胯部舵机3的输出轴所在的方向均与z轴的方向相一致，右腿脚部舵机8、左腿脚部舵机9的输出轴所在的方向均与x轴负方向一致。

机器人前进，后退和旋转具体实施方式如下：

在机器人向前行走方式中：开始时机器人处于立正状态，右腿脚部舵机8输出轴顺时针旋转40度同时左腿脚部舵机9输出轴顺时针旋转40度右腿脚部舵机8、左腿脚部舵机9输出轴旋转方向的判断，均是沿垂直于纸面向里的方向看去，此刻机器人向右偏，右腿胯部舵机2输出轴顺时针旋转30度同时左腿胯部舵机3输出轴顺时针旋转30度右腿胯部舵机2、左腿胯部舵机3输出轴旋转方向的判断，均是沿z轴负方向看去，此刻机器人左腿向前，右腿脚部舵机8输出轴逆时针旋转40度同时左腿脚部舵机9输出轴逆时针旋转40度完成从立正到左腿向前跨一步称为动作一；左腿脚部舵机9输出轴逆时针旋转40度同时右腿脚部舵机8输出轴逆时针旋转40度，此刻机器人向左偏，右腿胯部舵机2输出轴逆时针旋转60度同时左腿胯部舵机3输出轴逆时针旋转60度，此刻机器人右腿向前，右腿脚部舵机8输出轴顺时针旋转40度同时左腿脚部舵机9输出轴顺时针旋转40度完成右腿向前跨一步称为动作二；右腿脚部舵机8输出轴顺时针旋转40度同时左腿脚部舵机9输出轴顺时针旋转40度，此刻机器人向右偏，右腿胯部舵机2输出轴顺时针旋转60度同时左腿胯部舵机3输出轴顺时针旋转60度，此刻机器人左腿向前，右腿脚部舵机8输出轴逆时针旋转40度同时左腿脚部舵机9输出轴逆时针旋转40度，完成左腿再向前跨一步称作动作三，动作二与动作三循环执行即可完成走机器人向前行走的动作。

在机器人向后行走方式中：开始时机器人处于立正状态，右腿脚部舵机8输出轴顺时针旋转40度同时左腿脚部舵机9输出轴顺时针旋转40度（右腿脚部舵机8、左腿脚部舵机9输出轴旋转方向的判断，均是沿垂直于纸面向里的方向看去），此刻机器人向右偏，右腿胯部舵机2输出轴逆时针旋转30度同时左腿胯部舵机3输出轴逆时针旋转30度（右腿胯部舵机2、左腿胯部舵机3输出轴旋转方向的判断，均是沿z轴负方向看去），此刻机器人左腿向后，右腿脚部舵机8输出轴逆时针旋转40度同时左腿脚部舵机9输出轴逆时针旋转40度完成从立正到左腿向后跨一步称为动作一；左腿脚部舵机9输出轴逆时针旋转40度同时右腿脚部舵机8输出轴逆时针旋转40度，此刻机器人向左偏，右腿胯部舵机2输出轴顺时针旋转60度同时左腿胯部舵机3输出轴顺时针旋转60度，此刻机器人右腿向后，右腿脚部舵机8输出轴顺时针旋转40度同时左腿脚部舵机9输出轴顺时针旋转40度完成右腿向后跨一步称为动作二；右腿脚部舵机8输出轴顺时针旋转40度同时左腿脚部舵机9输出轴顺时针旋转40度，此刻机器人向右偏，右腿胯部舵机2输出轴逆时针旋转60度同时左腿胯部舵机3输出轴逆时针旋转60度，此刻机器人左腿向后，右腿脚部舵机8输出轴逆时针旋转40度同时左腿脚部舵机9输出轴逆时针旋转40度，完成左腿再向后跨一步称作动作三，动作二与动作三循环执行即可完成走机器人向后行走的动作。

在旋转方式中：左腿脚部舵机9输出轴逆时针旋转40度同时右腿脚部舵机8输出轴逆时针旋转40度，此刻机器人向左偏，右腿脚部舵机8输出轴顺时针旋转40度，右腿胯部舵机2输出轴逆时针旋转30度，左腿脚部舵机9输出轴顺时针旋转40度，完成动作一；右腿脚部舵机8输出轴顺时针旋转40度同时左腿脚部舵机9输出轴顺时针旋转40度，此刻机器人向右偏，左腿脚部舵机9输出轴逆时针旋转40度，右腿胯部舵机2输出轴顺时针旋转30度，右腿脚部舵机8输出轴逆时针旋转40度，完成动作二；，依次循环执行动作一，二完成机器人旋转动作。

本实用新型的有益效果是：一种四自由度狭窄足印机器人是双足机器人中的一种，它没有上身，是双足机器人研究的理想平台，通过本设计所搭建的教学平台，可以进行双足机器人的机构、控制及步态等方面的研究。为机器人设计的教与学的过程中提供了具有前后行走、旋转功能的机器人问题。该平台也是机电一体化方向学生机电产品实训的重要工具，学生通过这个平台能够了解机电产品开发的方法和流程，提高学生的动手能力、激发学生的创造能力都有十分明显的作用。

附图说明

图1为本实用新型的自由度配置示意图；

图2为本实用新型结构示意图；

图3为本实用新型电路部分的原理图；

图中各标号：1-躯干部，2-右腿胯部舵机，3-左腿胯部舵机，4-右舵机固定架Ⅰ，5-左舵机固定架Ⅰ，6-U形架Ⅰ，7-U形架Ⅱ，8-右腿脚部舵机，9-左腿脚部舵机，10-右舵机固定架Ⅱ，11-左舵机固定架Ⅱ，12-右脚底板，13-左脚底板。

具体实施方式

实施例1：如图1-3所示，一种四自由度狭窄足印机器人，包括躯干部1、左腿结构和右腿结构，所述左腿结构和右腿结构相同，右腿结构包括右腿胯部舵机2、右舵机固定架Ⅰ4、U形架Ⅰ6、右腿脚部舵机8、右舵机固定架Ⅱ10、右脚底板12，左腿结构包括左腿胯部舵机3、左舵机固定架Ⅰ5、U形架Ⅱ7、左腿脚部舵机9、左舵机固定架Ⅱ11、左脚底板13；

所述右腿胯部舵机2、左腿胯部舵机3的输出轴向上与躯干部1相固定，右腿胯部舵机2、左腿胯部舵机3的壳体分别与右舵机固定架Ⅰ4、左舵机固定架Ⅰ5相固定，U形架Ⅰ6、U形架Ⅱ7开口向下，右舵机固定架Ⅰ4、左舵机固定架Ⅰ5分别与U形架Ⅰ6、U形架Ⅱ7的上面板相固定，右腿脚部舵机8、左腿脚部舵机9的输出轴分别固定于U形架Ⅰ6、U形架Ⅱ7的侧板上，右腿脚部舵机8的壳体通过右舵机固定架Ⅱ10固定于右脚底板12，左腿脚部舵机9的壳体通过左舵机固定架Ⅱ11固定于左脚底板13。

还包括用于控制舵机运行的电路部分，所述电路部分包括电源、单片机、无线串口通信数据模块以及上位机；电源用于提供电能，单片机产生控制舵机运行的脉冲信号，单片机通过无线串口通信数据模块与上位机相通讯。

实施例2：如图1-3所示，一种四自由度狭窄足印机器人，包括躯干部1、左腿结构和右腿结构，所述左腿结构和右腿结构相同，右腿结构包括右腿胯部舵机2、右舵机固定架Ⅰ4、U形架Ⅰ6、右腿脚部舵机8、右舵机固定架Ⅱ10、右脚底板12，左腿结构包括左腿胯部舵机3、左舵机固定架Ⅰ5、U形架Ⅱ7、左腿脚部舵机9、左舵机固定架Ⅱ11、左脚底板13；

所述右腿胯部舵机2、左腿胯部舵机3的输出轴向上与躯干部1相固定，右腿胯部舵机2、左腿胯部舵机3的壳体分别与右舵机固定架Ⅰ4、左舵机固定架Ⅰ5相固定，U形架Ⅰ6、U形架Ⅱ7开口向下，右舵机固定架Ⅰ4、左舵机固定架Ⅰ5分别与U形架Ⅰ6、U形架Ⅱ7的上面板相固定，右腿脚部舵机8、左腿脚部舵机9的输出轴分别固定于U形架Ⅰ6、U形架Ⅱ7的侧板上，右腿脚部舵机8的壳体通过右舵机固定架Ⅱ10固定于右脚底板12，左腿脚部舵机9的壳体通过左舵机固定架Ⅱ11固定于左脚底板13。

上面结合图对本实用新型的具体实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。