[发明专利]一种企鹅仿生机器人及行走方法

权利要求书

1.一种企鹅仿生机器人，其特征在于，包括：外壳部装、躯干部装、腿部部装、翅膀部装；

所述外壳部装，能够做成各种卡通或真实企鹅形状，由翅膀部装的两个转动运动配合，逼真的模拟企鹅翅膀的运动；

所述躯干部装，包括躯干支架、控制单元、电池、编码器、控制节点板和安装支架；其中，控制单元、电池、编码器、控制节点板都通过安装支架固定到躯干支架上；

所述腿部部装，包括两条腿部，每个腿部有2个自由度；每条腿部均包括：髋关节电机及减速器、大腿、踝关节电机及减速器、脚踝、脚底板、髋关节编码器部件和踝关节编码器；

其中，髋关节电机及减速器又包括：髋关节电机、髋关节电机减速器连接法兰和髋关节减速器；髋关节电机通过螺钉固定到髋关节电机减速器连接法兰上，髋关节减速器通过螺钉固定到髋关节电机减速器连接法兰的另一侧，以此组成髋关节电机及减速器部装；

踝关节电机及减速器又包括：踝关节电机、踝关节电机减速器连接法兰和踝关节减速器；踝关节电机通过螺钉固定到踝关节电机减速器连接法兰上，踝关节减速器通过螺钉固定到踝关节电机减速器连接法兰的另一侧，以此组成踝关节电机及减速器部装；

大腿又包括：髋关节电机连接板、大腿前板、铰制孔螺钉、大腿后板、大腿侧板、踝关节支架、踝关节轴承、踝关节编码器支架和踝关节接连接电机螺钉；

髋关节电机及减速器通过螺钉固定到躯干支架上，髋关节电机连接板通过螺钉与髋关节电机及减速器的减速器输出端固定连接，大腿前板、大腿后板通过铰制孔螺钉固定到髋关节电机连接板上，两个大腿侧板通过螺钉固定到大腿前板、大腿后板两侧形成一个矩形结构，以增加腿部刚性；

踝关节电机通过螺钉固定到电机减速器连接法兰上，减速器通过螺钉固定到电机减速器另一侧，一个脚踝通过螺钉固定到减速器上，另一个脚踝通过螺钉固定到电机减速器连接法兰上，两个脚踝通过螺钉固定到脚底板的定位槽中；固定到踝关节电机减速器连接法兰的脚踝，通过螺钉与踝关节支架固定；踝关节轴承的内圈紧配合到踝关节支架上的圆柱台阶上，踝关节轴承的外圈紧配合到大腿后板的圆柱孔内，踝关节编码器支架通过螺钉固定到大腿后板，踝关节编码器通过螺钉固定到踝关节编码器支架上；在另一侧，踝关节减速器的输出法兰通过螺钉与大腿前板固定；

整个腿部部装通过螺钉安装在躯干部装上后，在髋关节电机及减速器驱动下，腿部部装可以绕电机轴线即Z轴旋转，在踝关节电机及减速器驱动下，脚底板可以绕电机轴线即X轴旋转；

所述翅膀部装，包括两条翅膀，左右两侧翅膀结构相同，呈镜像布置，且每个翅膀有2个自由度；翅膀安装支架、Y轴驱动舵机支架、Y轴驱动舵机、Y轴驱动舵机输出法兰盘、Y轴第一旋转轴、Y轴旋转轴轴承、Y轴第二旋转轴、X轴电机安装支架、X轴驱动舵机、X轴驱动舵机输出法兰盘、翅膀连接件和翅膀；

翅膀安装支架通过螺钉固定到躯干支架上，Y轴驱动舵机支架通过螺钉固定到翅膀安装支架，Y轴驱动舵机通过螺钉固定到Y轴驱动舵机支架，Y轴驱动舵机输出法兰盘与Y轴驱动舵机输出端固连，Y轴驱动舵机输出法兰盘通过螺钉与Y轴第一旋转轴固定，Y轴第一旋转轴通过螺钉与Y轴第二旋转轴的轴向连接固定，在轴向压紧Y轴旋转轴轴承，Y轴旋转轴轴承内圈与Y第一轴旋转轴、Y轴第二旋转轴紧配，其外圈与翅膀安装支架紧配；

X轴电机安装支架通过螺钉固定到Y轴第二旋转轴上，X轴驱动舵机通过螺钉固定到X轴电机安装支架上，X轴驱动舵机输出法兰盘固定到X轴驱动舵机的输出端，翅膀连接件固定到X轴驱动舵机输出法兰盘，翅膀通过螺钉固定到翅膀连接件；

整个翅膀部装通过螺钉安装在躯干部装上后，在Y轴驱动舵机驱动下，翅膀可以绕舵机轴线即Y轴旋转；在X轴驱动舵机驱动下，翅膀可以绕舵机轴线即X轴旋转；在Y、X轴线两个舵机的同时配合驱动下，能够模拟企鹅翅膀的运动；

其中，所述Y轴第二旋转轴上设置有限位槽，限位槽内设置有螺钉孔，通过限位槽与限位螺钉的配合使用，能够对Y轴旋转角度进行限制，从而模拟企鹅关节运动范围。

2.一种利用权利要求1所述的企鹅仿生机器人的行走方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、双腿站立，双足支持

初始化企鹅仿生机器人双腿站立，左、右腿的脚底板与地面接触；

(2)、双足支持，左右脚踝关节配合，移动重心至左侧

支撑腿的踝关节电机及减速器驱动其脚底板转动，使得脚底板始终与地面接触，迈步腿的踝关节电机及减速器驱动其脚底板转动，使其脚底板的外边缘与地面接触，在左、右腿的踝关节电机及减速器配合下，企鹅仿生机器人重心推向支持腿；

(3)、双足支持，左右脚踝关节配合，移动重心至左侧，重心进入左脚支撑面临界面

企鹅仿生机器人的重心在地面的投影即将进入支撑腿的脚底板区域内，企鹅仿生机器人即将进入单腿站立阶段；

(4)、左脚支持，重心位于左脚支撑面内

支撑腿的踝关节电机及减速器驱动继续转动，迈步腿的踝关节电机及减速器不转动，企鹅仿生机器人的重心在地面的投影已进入支持腿的脚底板面积内，企鹅仿生机器人进入单腿站立阶段；

(5)、左脚支持，重心位于左脚支撑面内，右脚踝关节回正

迈步腿的踝关节电机及减速器转动，驱动其脚底板使得脚底板与地面保持平行；

(6)、左脚支持，重心位于左脚支撑面内，左脚踝关节可摆动，带动重心向前

支撑腿的髋关节电机及减速器驱动躯干及迈步腿的腿部部装转动，使得重心前移或后移；

(7)、迈步腿落地

迈步腿按照步骤(1)～(6)的逆过程，进行重复操作，实现迈步腿落地，从而完成企鹅仿生机器人的行走过程。