[发明专利]双扭摇杆式被动行走器

说明书

技术领域

本发明属于被动行走机器人领域，具体涉及一种双扭摇杆式被动行走器。

背景技术

现今，机器人技术是世界各国研究的热点，尤其是被动行走机器人的研究更是该领域的前沿科技。国内外在被动行走机器人的研究上已经取得了不错的成果，研发出了很多代表性的物理样机原型。但这些被动行走模型但为大脚设计，占用空间大，使用价值不高；而且这些被动模型都涉及到了摆动腿脚擦地的问题，在实验过程中需要搭建特殊坡面才能正常行走。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种双扭摇杆式被动行走器，除了能够实现只依赖自然力及本身结构沿着坡面稳定下行的动作外，脚部使用点触地方式，还能完美的解决摆动腿脚擦地的问题，鲁棒性更强，实际运用中有着更广的空间。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

双扭摇杆式被动行走器，包括由两根内侧腿和两个外侧腿组成的腿部，所述内侧腿与外侧腿通过曲轴连接，所述曲轴包括一段上横轴、两段中横轴和两段下横轴以及连接横轴的摇杆，所述两根内侧腿可转动的设置在上横轴上，所述两根外侧腿分别可转动的设置在两端的下横轴上，所述内、外侧腿上均设置有可在其上滑动的滑管，所述两根内侧腿上的滑管通过同步轴连接成一个同步运动的整体，所述内侧腿上的滑管与对应的外侧腿上的滑管之间设置有扭簧，所述扭簧与中横轴之间设置有H型支撑件，所述中横轴可转动的穿过H型支撑件的上端，所述扭簧穿过H型支撑件的下端。

进一步，所述腿部的下端设置有作为触地部分的脚部，所述脚部为四个完全相同的倒三角柱，所述倒三角柱与斜坡地面线接触设置。

进一步，所述腿部的内外侧腿为四根完全相同的长直腿，其中，行走时，内侧腿或者外侧腿中与斜坡地面接触的为支撑腿，离开斜坡地面的为摆动腿。

进一步，所述内外侧腿上的滑管与扭簧形成本被动行走器的双扭关节部分。

进一步，所述曲轴与双扭关节部分以及H型支撑件共同形成了本被动行走器的髋部，所述髋部作为本被动行走器的动作支撑部分，髋部上部通过曲轴与腿部实现连接，曲轴可自由转动；髋部下部由扭簧部分穿过并固定，双扭关节部分为完全对称两部分组成，曲轴处于竖直状态时扭簧为松弛状态。

进一步，所述髋部曲轴长度为d，曲轴旋转半径为r，曲轴旋转角度为α，髋部上部质心质量为m，髋部下部质心质量为M；摆动腿与支撑腿夹角为φ，所述支撑腿与地面垂线夹角为θ；所述扭簧弹性系数为k；所述斜坡地面倾角为γ，系统各部分参数应满足如下动力学方程：

摆动过程中系统动力学方程为：

摆动腿与地碰撞时动力学方程为：

进一步，所述行走器的行走方式分为以下几个步骤：

a、将外侧腿置于最低状态，放置在斜坡，且与斜坡夹角为β；

b、给曲轴一个初始速度，方向逆时针，转速w，释放行走器；

c、行走器外侧腿进行倒立摆，内侧腿因曲轴、双扭关节和重力作用实现前摆下沉；

d、曲轴转动到水平位置时，内侧腿触地，内侧腿变为支撑腿进行倒立摆，在曲轴和双扭关节作用下，外侧腿实现前摆上提；

e、曲轴继续逆时针旋转半周后，外侧腿再次触地，重复c)、d)、e)过程。

本发明的有益效果是：本发明的双扭摇杆式被动行走器，通过髋部结构实现行走过程中自动收腿，腿部为直腿，与地接触方式为点触式，降低结构的复杂度，结构简单，易用易造，本装置巧妙的解决2D行走摆动腿擦地问题，行走步态自然，参数吸引域大，能耗低，在实际生活中有着更大的应用空间。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明结构示意图；

图2为曲轴结构示意图；

图3为本发明物理模型示意图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。