[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有效

专利信息
申请号: 201410766404.1 申请日: 2014-12-12
公开(公告)号: CN104512493A 公开(公告)日: 2015-04-15
发明(设计)人: 李清都;王平;刁建;李永;唐俊 申请(专利权)人: 重庆邮电大学
主分类号: B62D57/032 分类号: B62D57/032
代理公司: 重庆市恒信知识产权代理有限公司 50102 代理人: 刘小红
地址: 400065 *** 国省代码: 重庆;85
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摘要:
搜索关键词: 一种 齿轮 传动 上体 节能 被动 行走 装置 及其 控制 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及机器人控制技术领域,特别提出了以一种齿轮传动对分上体节能被动行走装置及其控制方法

背景技术

现今,机器人技术是世界各国研究的热点,尤其是拟人形态的双足行走机器人的研究更是该领域的最前沿科技。目前,各国在双足机器人的研究上已经取得了不错的成果,但从整体而言仍存在不少缺陷。例如(1)不是被动行走装置,能耗大,不适合具体应用,如日本HONDA的ASIMO,他虽然具备完整的拟人形态,但属于全主动式机器人,能量消耗过大;

例如(2)并不是完全意义上的拟人行走机器人,该类机器人通过结构的改进,只需要考虑前后方向的平衡问题,因此,该类机器人属于2D被动行走机器人。如Cornell大学的ranger机器人,荷兰Delft大学从2002年以来开发了多款被动行走机器人,文章《Adding an upper body to passive dynamic walking robots by means of a bisecting hip mechanism》中介绍的半被动行走机器人Mike(2002年)分别在双腿膝关节和踝关节具有自由度,因此属于2D被动行走机器人;文章《Ankle springs instead of arc-shaped feet for passive dynamic walkers》中介绍的Max(2003年)也是2D行走机器人样机,上体采用联动机构使其总处于两腿的角平分线上,通过气动人工肌肉实现了稳定行走,这类机器人只是单纯的模拟人类行走的步态,没有完全的拟人化;例如(3)结构上属于3D被动行走机器人,但由于结构设计复杂,控制难度大,造成不必要的能量损耗,没有真正实现节能行走的目标,如IEEE机器人与自动化国际会议记录中记录的Delft大学的半被动行走机器人Flame,重15kg,高1.3m,带有侧向自由度,实现了3D动态行走,由于该机器人结构复杂,只是实现了3D行走,并没有对机器人的能耗进行优化。因此,设计一种结构简单合理,控制方便的3D被动行走装置仍然存在一定的技术难度,本发明则主要对结构和控制方法进行了创新。

发明内容

针对以上现有技术中的不足,本发明的目的在于提供一种提高了能量的利用率。并且该控制方式也比较简单的齿轮传动对分上体节能被动行走装置及其控制方法,本发明的技术方案如下: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、腿部、驱动装置、数据采集装置,其还包括髋部、膝盖、主控装置及弹簧装置;所述驱动装置包括电池、直流电机和伺服电机;其中所述机器人上体与髋部直接相连;所述髋部为对称结构,两边分别与腿部相连,同时与上体进行连接;所述髋部包括部分腿部连接轴、轴承、绝对式编码器连接轴及伞齿;所述髋部的伞齿为三伞齿对称结构,左右对称的两个伞齿通过部分腿部连接轴分别与两条腿部相连,部分腿部连接轴与轴承相连,第三个伞齿直接与电机传动轴相连,,绝对式编码器连接轴和伞齿与直流电机轴连接,直流电机转动带动三个伞齿相互转动,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。

进一步的,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。

进一步的,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。

进一步的,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。

进一步的,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。

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 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;

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