仿真行走钢丝机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种仿真行走钢丝机器人，包括行走装置、平衡装置和检测控制装置，行走装置包带V型槽的前、后行走轮以及行走轮驱动机构，平衡装置包括平衡杆转动机构、平衡杆平动机构和平衡杆铅垂运动机构，平衡杆铅垂运动机构设于行走装置上，平衡杆平动机构设于平衡杆铅垂运动机构上，平衡杆转动机构设于平衡杆平动机构上；检测控制装置包括陀螺仪和运动控制器、伺服驱动器、无线模块以及电池组，运动控制器根据陀螺仪的信号向伺服驱动器发出指令控制行走轮行走，并于行走过程中控制转动、平动和铅垂运动的综合运动进行平衡。本发明专利技术可模拟人类走钢丝时小臂摆动和腿部屈伸的力学行为,实现机器人在刚性或柔性钢丝上自平衡运动。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种仿真行走钢丝机器人，包括行走装置、平衡装置和检测控制装置，行走装置包带V型槽的前、后行走轮以及行走轮驱动机构，平衡装置包括平衡杆转动机构、平衡杆平动机构和平衡杆铅垂运动机构，平衡杆铅垂运动机构设于行走装置上，平衡杆平动机构设于平衡杆铅垂运动机构上，平衡杆转动机构设于平衡杆平动机构上；检测控制装置包括陀螺仪和运动控制器、伺服驱动器、无线模块以及电池组，运动控制器根据陀螺仪的信号向伺服驱动器发出指令控制行走轮行走，并于行走过程中控制转动、平动和铅垂运动的综合运动进行平衡。本专利技术可模拟人类走钢丝时小臂摆动和腿部屈伸的力学行为,实现机器人在刚性或柔性钢丝上自平衡运动。【专利说明】仿真行走钢丝机器人(-)
:本专利技术涉及机器人应用技术，具体为一种能够在柔性钢丝绳上行走的仿真行走钢丝机器人。(二)
技术介绍
:走钢丝机器人是自然不稳定的力学系统，可依靠带V型槽的行走轮在刚性与柔性钢丝上实现平衡控制和前、后运动。不同于一般的静态平衡机器人，走钢丝机器人具有明显的动态平衡特点，并具有明显的欠驱动特性。走钢丝机器人与柔性钢丝绳之间通过动力学耦合来实现机器人的平衡控制和前后运动，利用其动态平衡特性，机器人不受地形影响，可将它引入复杂地形环境，进行运输和营救；利用其外形纤细且可在钢丝绳上运动的特性，可实现对狭窄环境和低空环境的监控与探测。国内外科研人员对走钢丝机器人机构及其稳定平衡控制进行了一系列研究，为有效模拟人类在三维空间中走柔性钢丝绳的力学行为，北京邮电大学申请公布了一种《基于平衡杆控制的刚柔耦合走钢丝机器人》专利技术专利(申请号为201110373133.X)。该专利技术的技术方案是通过转动杆的转动力矩抵消机器人重力矩的作用，利用平动杆产生的质心偏移来抵消机器人的重心偏移，但该设计的转动杆和平动杆是独立运动部件，没有相互关联，这与人类走钢丝时手臂可以同时转动和移动尚有差距；另外，该设计的驱动四杆机构会使得平动杆的质心上下运动，并且还会产生绕钢丝绳的转动力矩，从而增加平衡控制的复杂度。(三)
技术实现思路
:为此，本专利技术提出了一种仿真行走钢丝机器人，其目的在于提高机器人自身调节能力，增强对复杂参数(如绳子刚度、机体的转动惯量等)和环境的适应性，降低了系统控制的复杂度。能够实现上述目的的仿真行走钢丝机器人，包括机体，所述机体包括行走装置、平衡装置和检测控制装置，与现有技术不同之处在于所述行走装置包括设于基板底部带V型槽的前、后行走轮以及行走轮驱动机构，所述平衡装置包括平衡杆转动机构、平衡杆平动机构和平衡杆铅垂运动机构，所述平衡杆铅垂运动机构设于基板上，所述平衡杆平动机构通过横板设于平衡杆铅垂运动机构上，所述平衡杆转动机构通过竖板设于平衡杆平动机构上；所述检测控制装置包括设于基板上的陀螺仪和运动控制器、伺服驱动器、无线模块以及电源，所述运动控制器根据陀螺仪的信号判断机体姿态进而向伺服驱动器发出指令，控制行走轮驱动机构行走，并于行走过程中控制平衡杆转动机构、平衡杆平动机构和平衡杆铅垂运动机构的综合运动来平衡机体。所述平衡杆铅垂运动机构的一种结构包括升降架组件和升降控制组件，所述升降架组件包括四周均布且相互铰连的上、下升降连杆，所述上、下升降连杆的其余两端分别铰连于横板的底部和基板上；所述升降控制组件包括升降电机、牵引轮和牵拉绳，所述升降电机通过径向伸缩架设于升降架组件中心，所述牵引轮同轴固连于升降电机的输出轴上，所述牵拉绳对应于各上、下升降连杆设置，各牵拉绳的外端连接于对应上、下升降连杆之间的铰连点，各牵拉绳的内端缠绕于牵引轮上；升降电机通过线路与伺服驱动器连接。上述结构中，升降电机驱动牵引轮的正反转控制牵拉绳的收缩与释放，从而可实时改变升降架组件的形状，升降架组件的形状变化带动平衡杆转动机构和平衡杆平动机构作铅垂移动，使机体模拟人体膝盖的弯曲和伸直。所述平衡杆平动机构的一种结构包括四连杆组件和平动电机以及平动编码器，所述四连杆组件包括等长的左、右平动摆杆和平动连杆，左、右平动摆杆分别铰连于横板上，所述平动连杆的两端分别铰连左、右平动摆杆；所述平动电机和平动编码器通过各自的齿轮传动机构连接左、右平动摆杆；平动电机和平动编码器通过线路与伺服驱动器连接。上述结构中，平动电机的正、反转动带动四连杆组件左、右摆动，实现平动连杆的左、右横向移动，实时改变平衡杆转动机构的左、右位置，使机体模拟人体张开的手臂左、右伸展，从而实现平衡杆转动机构的水平移动调节质心偏移来平衡重心偏移。所述平衡杆转动机构的一种结构包括平衡杆、转动齿轮、转动电机和转动编码器，所述转动齿轮通过转轴安装于竖板上，所述平衡杆的中部连接于转轴上，所述转动电机和转动编码器通过各自的齿轮传动副连接转动齿轮，转动电机驱动平衡杆转动，转动编码器获取速度、加速度反馈；转动电机和转动编码器通过线路与伺服驱动器连接，实现平衡的转角和转速控制。上述结构中，转动电机的正、反转动带动转动齿轮正、反转，从而实现平衡杆的上、下摆动，使机体模拟人体张开的手臂上、下摆动，实现转动力矩平衡重力力矩，转动编码器获取速度、加速度反馈。所述行走轮驱动机构的一种结构包括行走电机和齿轮传动副，所述齿轮传动副包括相啮合的主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮同轴与行走电机的输出轴连接，所述从动齿轮与前或后行走轮同轴固连；行走电机通过线路与伺服驱动器连接，实现前、后运动的速度与加速度控制。本专利技术的有益效果:1、本专利技术仿真行走钢丝机器人中，平衡杆既可以转动又可以水平移动，还可上、下铅直运动，其转动力矩用来平衡机体倾倒重力矩，水平移动用来调节机体的质心偏移，上、下铅直运动用来调整机体重心高低；这几部分的运动分别模拟了人类走钢丝时小臂运动和腿部屈伸的力学行为，从而实现机体在刚性或柔性钢丝上自平衡运动。2、本专利技术中，由于平衡杆质心高低和水平偏移的调整机构在机械结构和驱动上独立分开，其力学模型容易进行解耦，从而降低了系统控制的复杂度。(四)【专利附图】【附图说明】:图1为本专利技术一种实施方式的轴侧视图。图2为图1实施方式的背面轴侧视图。图3为图1、图2实施方式中平衡杆铅垂运动机构的结构示意图。图4为图1、图2实施方式中平衡杆平动机构的结构示意图。图号标识:1、基板；2、行走轮；3、横板；4、竖板；5、运动控制器；6、伺服驱动器；7、升降连杆；8、升降电机；9、牵引轮；10、牵拉绳；11、伸缩架；12、平动电机；13、平动编码器；14、摆杆；15、平动连杆；16、平衡杆；17、转动齿轮；18、转动电机；19、转动编码器；20、行走电机；21、主动齿轮；22、从动齿轮；23、无线模块；24、电池组；25、导向轴；26、扇形齿轮。(五)【具体实施方式】:下面结合附图所示实施方式对本专利技术的技术方案作进一步说明。本专利技术仿真行走钢丝机器人的机体主要由行走装置、平衡装置和检测控制装置构成，所述检测控制装置设于行走装置上，包括陀螺仪、运动控制器5、伺服驱动器6、无线模块23以及电池组24，所述陀螺仪、运动控制器5、伺服驱动器6、无线模块23以及电池组24之间通过相关线路相互连接，如图1、图2所示。所述行走装置包括基板1、带V型槽的行走轮2、以及由双头行走电机20、相啮合的主动齿轮21和从动齿轮22构成的行走本文档来自技高网...

【技术保护点】
仿真行走钢丝机器人，包括机体，所述机体包括行走装置、平衡装置和检测控制装置，其特征在于：所述行走装置包括设于基板（1）底部带V型槽的前、后行走轮（2）以及行走轮驱动机构，所述平衡装置包括平衡杆转动机构、平衡杆平动机构和平衡杆铅垂运动机构，所述平衡杆铅垂运动机构设于基板（1）上，所述平衡杆平动机构通过横板（3）设于平衡杆铅垂运动机构上，所述平衡杆转动机构通过竖板（4）设于平衡杆平动机构上；所述检测控制装置包括设于基板（1）上的陀螺仪和运动控制器（5）、伺服驱动器（6）、无线模块（23）以及电池组（24），所述运动控制器（5）根据陀螺仪的信号判断机体姿态进而向伺服驱动器（6）发出指令，控制行走轮驱动机构行走，并于行走过程中控制平衡杆转动机构、平衡杆平动机构和平衡杆铅垂运动机构的综合运动来平衡机体。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄用华，庄未，李胜勇，黄渭，罗嘉欣，毛甲琦，黄美发，刘夫云，钟永全，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：