本發(fā)明公開(kāi)了一種轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)器人以及轉(zhuǎn)彎方法。

背景技術(shù)：

目前，四足機(jī)器人轉(zhuǎn)彎的實(shí)現(xiàn)基本都是通過(guò)步態(tài)規(guī)劃，規(guī)劃方法復(fù)雜，難度大，并且會(huì)降低四足機(jī)器人的性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)只存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)器人及轉(zhuǎn)彎方法，本發(fā)明設(shè)計(jì)的四足機(jī)器人可以通過(guò)調(diào)整自身結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，不需要進(jìn)行復(fù)雜的步態(tài)規(guī)劃。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)器人，包括機(jī)體支架，在所述的機(jī)體支架的四個(gè)角上各設(shè)有一條腿，每條腿具有三個(gè)擺動(dòng)自由度，分別是側(cè)擺髖關(guān)節(jié)、前擺髖關(guān)節(jié)和前擺膝關(guān)節(jié)；位于前端的兩個(gè)側(cè)擺髖關(guān)節(jié)通過(guò)側(cè)擺支架i焊接在機(jī)體機(jī)架前端；位于后端的兩個(gè)側(cè)擺髖關(guān)節(jié)通過(guò)側(cè)擺支架ii焊接在機(jī)體機(jī)架的后端；每個(gè)側(cè)擺髖關(guān)節(jié)通過(guò)一個(gè)側(cè)擺液壓缸控制其擺動(dòng)的方向；側(cè)擺液壓缸一端連接側(cè)擺支架i或ii上，另一端連接在側(cè)擺髖關(guān)節(jié)上；前擺髖關(guān)節(jié)通過(guò)一個(gè)前擺液壓缸控制其擺動(dòng)的方向；前擺液壓缸一端連接側(cè)擺髖關(guān)節(jié)的端部凸耳上，另一端連接在大腿上；通過(guò)前擺液壓缸的伸縮即可實(shí)現(xiàn)大腿的前擺運(yùn)動(dòng)；膝關(guān)節(jié)的前擺由膝液壓缸控制；由機(jī)器人小腿由小腿液壓缸組成，小腿長(zhǎng)度可以通過(guò)小腿液壓缸的伸縮控制。

進(jìn)一步的，所述的側(cè)擺支架i或ii的中部各設(shè)有兩個(gè)凸耳，在每個(gè)側(cè)擺髖關(guān)節(jié)上也各設(shè)有一個(gè)凸耳，側(cè)擺液壓缸的一端連接在側(cè)擺支架i或ii的凸耳上，另外一端連接在側(cè)擺髖關(guān)節(jié)的凸耳上。

進(jìn)一步的，所述的側(cè)擺髖關(guān)節(jié)的中部和端部還各設(shè)有一個(gè)凸耳，側(cè)擺髖關(guān)節(jié)的中部凸耳與大腿鉸接，形成前擺髖關(guān)節(jié)，端部的凸耳連接前擺液壓缸。

利用上面的裝置進(jìn)行轉(zhuǎn)彎的第一種方法：

機(jī)器人轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)主要是通過(guò)縮短同一側(cè)腿的小腿長(zhǎng)度，左右兩側(cè)腿的長(zhǎng)度不同，在機(jī)器人邁步的過(guò)程中兩側(cè)的腿會(huì)出現(xiàn)步長(zhǎng)差，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。

具體的：當(dāng)機(jī)器人向右側(cè)轉(zhuǎn)彎時(shí)，需要將右側(cè)兩條腿的小腿液壓缸收縮，保持左側(cè)腿的腿長(zhǎng)不變，此時(shí)，側(cè)擺角度不變，各腿與機(jī)體垂直；當(dāng)機(jī)器人向左側(cè)轉(zhuǎn)彎時(shí)，需要將左側(cè)兩條腿的小腿液壓缸收縮，保持右側(cè)腿的腿長(zhǎng)不變。

利用上面的裝置進(jìn)行轉(zhuǎn)彎的第二種方法：

機(jī)器人轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)先縮短同一側(cè)腿的小腿長(zhǎng)度，保持另一側(cè)的小腿長(zhǎng)度不變；然后再控制側(cè)擺液壓缸，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人質(zhì)心的調(diào)整，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。

具體的：當(dāng)機(jī)器人向右轉(zhuǎn)彎時(shí)，將右側(cè)兩條腿縮短，保持左側(cè)兩條腿的腿長(zhǎng)不變；再分別伸長(zhǎng)左側(cè)腿的側(cè)擺液壓缸和縮短右側(cè)腿的側(cè)擺液壓缸；實(shí)現(xiàn)右轉(zhuǎn)彎；

當(dāng)機(jī)器人向左轉(zhuǎn)彎時(shí)，將左側(cè)兩條腿縮短，保持右側(cè)兩條腿的腿長(zhǎng)不變；再分別伸長(zhǎng)右側(cè)腿的側(cè)擺液壓缸和縮短左側(cè)腿的側(cè)擺液壓缸；實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)彎。

進(jìn)一步的，兩側(cè)腿的側(cè)擺髖關(guān)節(jié)角度均逆時(shí)針轉(zhuǎn)α角；

δ表示的是兩側(cè)腿的長(zhǎng)度差；w機(jī)體寬。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明設(shè)計(jì)的四足機(jī)器人可以通過(guò)調(diào)整自身結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，即通過(guò)調(diào)整腿長(zhǎng)的第一種方法來(lái)轉(zhuǎn)彎或通過(guò)調(diào)整腿長(zhǎng)和側(cè)擺的第二種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，兩種方法都控制簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)彎方便；不需要進(jìn)行復(fù)雜的步態(tài)規(guī)劃；第二種方法轉(zhuǎn)彎更穩(wěn)定，不易翻倒。

附圖說(shuō)明

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說(shuō)明書(shū)附圖用來(lái)提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，本申請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。

圖1本發(fā)明的主視圖；

圖2本發(fā)明的左視圖；

圖3初始狀態(tài)左視簡(jiǎn)化圖；

圖4腿長(zhǎng)調(diào)整示意圖；

圖5機(jī)器人轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)軌跡；

圖6質(zhì)心調(diào)整示意圖；

圖中：1.機(jī)體支架，2.側(cè)擺髖關(guān)節(jié)，3.大腿，4.前擺液壓缸，5.小腿液壓缸，6.側(cè)擺液壓缸，7.側(cè)擺支架，8前擺髖關(guān)節(jié)，9前擺膝關(guān)節(jié)，10膝液壓缸。

具體實(shí)施方式

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說(shuō)明都是例示性的，旨在對(duì)本申請(qǐng)?zhí)峁┻M(jìn)一步的說(shuō)明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有與本申請(qǐng)所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語(yǔ)僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請(qǐng)的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說(shuō)明書(shū)中使用術(shù)語(yǔ)“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

正如背景技術(shù)所介紹的，現(xiàn)有技術(shù)中存在四足機(jī)器人轉(zhuǎn)彎的實(shí)現(xiàn)基本都是通過(guò)步態(tài)規(guī)劃，規(guī)劃方法復(fù)雜，難度大，并且會(huì)降低四足機(jī)器人的性能。為了解決如上的技術(shù)問(wèn)題，本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)器人以及轉(zhuǎn)彎方法。

本申請(qǐng)的一種典型的實(shí)施方式中，如圖1、2、3、4所示，提供了一種轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)器人，該四足機(jī)器人由機(jī)體和四條腿組成，每條腿具有三個(gè)擺動(dòng)自由度，分別是前擺髖關(guān)節(jié)、側(cè)擺髖關(guān)節(jié)和前擺膝關(guān)節(jié)。圖1和圖2分別為四足機(jī)器人的主視圖和左視圖，其中包括，機(jī)體支架1，側(cè)擺髖關(guān)節(jié)2，大腿3，前擺液壓缸4，小腿液壓缸5，側(cè)擺液壓缸6，側(cè)擺支架7，前擺髖關(guān)節(jié)8，前擺膝關(guān)節(jié)9，膝液壓缸10。

側(cè)擺支架7兩端焊接在機(jī)體支架1上，其中部有兩個(gè)凸耳，用于鉸接側(cè)擺液壓缸6，髖關(guān)節(jié)2上部有凸耳，用于鉸接側(cè)擺液壓缸6，通過(guò)側(cè)擺液壓缸6的伸縮即可實(shí)現(xiàn)側(cè)擺髖關(guān)節(jié)2的側(cè)擺運(yùn)動(dòng)。

側(cè)擺髖關(guān)節(jié)2下部中間位置和一端各有一個(gè)凸耳，中部凸耳用于鉸接大腿3，端部凸耳用于鉸接前擺液壓缸4的一端，大腿3中部鉸接前擺液壓缸4的另一端，通過(guò)前擺液壓缸4的伸縮即可實(shí)現(xiàn)大腿3的前擺運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人小腿由小腿液壓缸5組成，小腿長(zhǎng)度可以通過(guò)小腿液壓缸5的伸縮控制；大腿的前后運(yùn)動(dòng)通過(guò)前擺液壓缸4實(shí)現(xiàn)；膝關(guān)節(jié)的前擺由膝液壓缸10控制。

初始狀態(tài)時(shí)機(jī)器人左視簡(jiǎn)化圖如圖3所示，4條腿高度相同，機(jī)體水平。此時(shí)機(jī)器人邁步時(shí)向前直行。假設(shè)機(jī)體寬度即兩髖關(guān)節(jié)之間的距離為w，機(jī)體初始質(zhì)心高度為h。

轉(zhuǎn)彎方法一：

機(jī)器人轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)主要是通過(guò)縮短同一側(cè)腿的小腿長(zhǎng)度，這樣左右兩側(cè)腿長(zhǎng)度不同，在機(jī)器人邁步的過(guò)程中兩側(cè)腿會(huì)出現(xiàn)步長(zhǎng)差，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。

當(dāng)機(jī)器人向右側(cè)轉(zhuǎn)彎時(shí)，需要將右側(cè)兩條腿的小腿液壓缸5收縮，保持左側(cè)腿的腿長(zhǎng)不變，得到圖4所示的機(jī)器人狀態(tài)。此時(shí)，側(cè)擺角度不變，各腿與機(jī)體垂直。如圖5所示的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡，左側(cè)腿步長(zhǎng)l1大于右側(cè)腿步長(zhǎng)l2，形成步長(zhǎng)差，機(jī)體每步轉(zhuǎn)過(guò)的角度為實(shí)現(xiàn)右轉(zhuǎn)彎。同樣，當(dāng)機(jī)器人向左側(cè)轉(zhuǎn)彎時(shí)，需要將左側(cè)兩條腿的小腿液壓缸5收縮，保持右側(cè)腿的腿長(zhǎng)不變。

轉(zhuǎn)彎方法二：

機(jī)器人轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)先縮短同一側(cè)腿的小腿長(zhǎng)度，保持另一側(cè)的小腿長(zhǎng)度不變；然后再控制側(cè)擺液壓缸，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人質(zhì)心的調(diào)整，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。

具體的：當(dāng)機(jī)器人向右轉(zhuǎn)彎時(shí)，將右側(cè)兩條腿縮短，保持左側(cè)兩條腿的腿長(zhǎng)不變；再分別伸長(zhǎng)左側(cè)腿的側(cè)擺液壓缸和縮短右側(cè)腿的側(cè)擺液壓缸；實(shí)現(xiàn)右轉(zhuǎn)彎；

當(dāng)機(jī)器人向左轉(zhuǎn)彎時(shí)，將左側(cè)兩條腿縮短，保持右側(cè)兩條腿的腿長(zhǎng)不變；再分別伸長(zhǎng)右側(cè)腿的側(cè)擺液壓缸和縮短左側(cè)腿的側(cè)擺液壓缸；實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)彎。

下面以右轉(zhuǎn)彎為例，進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：

當(dāng)機(jī)器人向右轉(zhuǎn)彎時(shí)，先將右側(cè)兩條腿縮短，保持左側(cè)兩條腿的腿長(zhǎng)不變，得到圖6實(shí)線所示的機(jī)器人狀態(tài)，此時(shí)，機(jī)器人身體向右傾斜，需要將機(jī)器人質(zhì)心進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整過(guò)程如圖6所示。

分別伸長(zhǎng)左側(cè)腿的側(cè)擺液壓缸和縮短右側(cè)腿的側(cè)擺液壓缸6，使兩側(cè)腿繞側(cè)擺髖關(guān)節(jié)產(chǎn)生側(cè)擺運(yùn)動(dòng)，通過(guò)調(diào)節(jié)側(cè)擺角度，使機(jī)器人質(zhì)心由b位置調(diào)整到b′位置，此時(shí)機(jī)器人腿豎直于地面，機(jī)體質(zhì)心投影點(diǎn)落在a′位置，如圖6中虛線所示的狀態(tài)。將兩側(cè)腿的側(cè)擺髖關(guān)節(jié)角度均逆時(shí)針轉(zhuǎn)α角。而根據(jù)圖中幾何關(guān)系得到：

δ表示的是兩側(cè)腿的長(zhǎng)度差；w機(jī)體寬；

機(jī)器人在轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)時(shí)走過(guò)的軌跡近似為一個(gè)圓弧，如圖5所示為機(jī)器人邁一步時(shí)的近似軌跡，機(jī)體寬為w，內(nèi)側(cè)腿足端軌跡圓弧半徑為r，外側(cè)腿足端軌跡圓弧半徑為r，假設(shè)轉(zhuǎn)過(guò)的角度為可以得到以下關(guān)系：

解得：

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以?xún)?nèi)。