[发明专利]一种齿轮传动对分上体节能被动行走装置及其控制方法

权利要求书

1.一种齿轮传动对分上体节能被动行走装置，包括机器人上体(15)、腿部、驱动装置、数据采集装置，其特征在于：还包括髋部(7)、膝盖、主控装置(2)及弹簧装置；所述驱动装置包括电池(4)、直流电机(3)和伺服电机；其中所述机器人上体(1)与髋部(5)直接相连；所述髋部(5)为对称结构，两边分别与腿部相连，同时与上体进行连接；所述髋部(5)包括部分腿部连接轴(5-1)、轴承(5-2)、绝对式编码器连接轴(5-3)及伞齿(5-4)；所述髋部(5)的伞齿(5-4)为三伞齿对称结构，左右对称的两个伞齿(5-4)通过部分腿部连接轴(5-1)分别与两条腿部相连，部分腿部连接轴(5-1)与轴承(5-2)相连，第三个伞齿(5-4)直接与电机传动轴相连，，绝对式编码器连接轴(5-3)和伞齿(5-4)与直流电机(3)轴连接，直流电机(3)转动带动三个伞齿(5-4)相互转动，当电机正转时，左腿向前转动，右腿向后转动；相反，电机反转时，右腿向前转动，左腿向后转动。

2.根据权利要求1所述的齿轮传动对分上体节能被动行走装置，其特征在于：所述驱动装置中的电池(4)给整个装置提供电源，所述直流电机(3)为腿部的摆动提供扭力，所述伺服电机为膝关节和踝关节的摆动提供扭力。

3.根据权利要求1所述的齿轮传动对分上体节能被动行走装置，其特征在于：所述数据采集装置包括位置式编码器、绝对式编码器和足底红外传感器。所述位置式编码器位于直流电机尾部用于检测电机的转速，所述位置式编码器与直流电机轴相连，用于检测腿部的摆动幅度，所述足底红外传感器用于检测足部触地与否。

4.根据权利要求1所述的齿轮传动对分上体节能被动行走装置，其特征在于：所述主控装置包括微控制单元、电源管理单元、电机驱动单元和外围接口单元，所述微控制单元向装置发出控制指令，所述电源管理单元为装置提供供电电压，所述电机驱动单元用于驱动直流电机的转动，所述外围接口单元为装置提供扩展接口。

5.根据权利要求1所述的齿轮传动对分上体节能被动行走装置，其特征在于：所述两条腿部中摆动腿向前摆动的最大角度为α，所述上体的位置始终位 于摆动腿与立足腿夹角的角平分线的延长线上。

6.一种对权利要求1所述齿轮传动对分上体节能被动行走装置的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

a)连接好装置，向主控装置的微控制单元下载控制程序，接通电源，装置启动；

b)将摆动腿脚踝向后蹬地，同时立足腿脚踝配合转动，使得上体重心向前移动；

c)将摆动腿脚踝向前摆动，小腿向后弯曲，使得摆动腿可以离开地面，同时摆动腿大腿向前摆动，立足腿配合向前摆动，双臂配合摆动；

d)摆动腿向前摆动的过程中，主控装置实时处理绝对式编码器采集的数据，当检测到摆动腿的摆动角度达到α时，大腿停止摆动，小腿伸直与大腿处于同一直线，摆动腿脚踝的角度为π/2+α，立足腿脚踝的角度为π/2-α；

e)当足底红外传感器触发时，摆动腿转换为新的立足腿，之前的立足腿转换为新的摆动腿，装置继续完成b)到d)的动作步骤。