一種窄足3d純被動(dòng)行走器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種行走裝置，特別涉及一種可以實(shí)現(xiàn)三維行走面內(nèi)被動(dòng)行走的裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，機(jī)器人的研宄在世界各國(guó)都是一個(gè)熱點(diǎn)，尤其對(duì)擬人形態(tài)的雙足行走機(jī)器 人的研宄更是如火如荼。目前已面世的雙足行走裝置在仿人行走上已取得了許多值得認(rèn) 可的成就，但是一般都還是存在一些缺陷，例如（1)并不是完全意義上的雙足機(jī)器人，包括 像Cornell大學(xué)的Ranger，它是用四只腿來(lái)實(shí)現(xiàn)單純兩腿的功能，只能算是二維意義上的 行走；⑵耗能太大，不適合實(shí)際應(yīng)用，包括像日本HONDA公司的ASIM0,雖然具備完整的仿 人形態(tài)，但是全主動(dòng)式的機(jī)器人，耗能很大；（3)雖然具備完整的雙足行走形態(tài)，但足部過(guò) 于寬大，沒(méi)有很好的形態(tài)學(xué)上的擬人效果，并且裝置結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，如：荷蘭Delft大學(xué)的 Denise，MIT的Toddler等。（4)雖然具備完整的雙足3D行走步態(tài)，但行走過(guò)程中的側(cè)向運(yùn) 動(dòng)需要施加控制，也就說(shuō)不能實(shí)現(xiàn)真正意義上的純被動(dòng)行走，如：A. D Ames, A. D Kuo等人研 宄的弧形足3D被動(dòng)行走器等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 鑒于以上不足，本發(fā)明的目的在于提供一種雙足行走器，該行走器是可以實(shí)現(xiàn)三 維行走面內(nèi)被動(dòng)行走的裝置，該行走裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，行走步態(tài)自然的特點(diǎn)。
[0004] 本發(fā)明提供一種不需要施加保證側(cè)向平衡的主動(dòng)控制就可以實(shí)現(xiàn)被動(dòng)行走的行 走器。具體采用的技術(shù)方案是：一種窄足3D純被動(dòng)行走器，包括一對(duì)直腿，所述直腿的上端 與髖部連接，直腿繞髖部的轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)軸承實(shí)現(xiàn)，所述直腿的下端分別用一對(duì)腿足連接器連 接窄弧形足部，在兩條所述直腿上設(shè)置配重物。
[0005] 進(jìn)一步，所述髖部包括髖腿連接器、軸承和桿型軸，桿型軸的兩端分別套接軸承， 軸承與髖腿連接器的中心位置固定連接，髖腿連接器的下端與直腿的上端固定連接。
[0006] 進(jìn)一步，所述腿足連接器的上端設(shè)置有用于固定直腿下端的圓柱形孔，腿足連接 器的下端具有略大于足部寬度的凹槽，用于固定足部。
[0007] 進(jìn)一步，所述足部的寬度約等于直腿直徑，足部底面是弧形面，弧面半徑大于髖部 到足跟的長(zhǎng)度。
[0008] 具體地，所述配重物可以沿直腿上下調(diào)節(jié)。配重物為若干個(gè)，可分散移動(dòng)調(diào)節(jié)在直 腿上各部位，也可整體移動(dòng)到某處。配重物選用可沿直腿螺旋式上下調(diào)整的螺帽。
[0009] 本發(fā)明提供一種3D純被動(dòng)行走裝置，該行走裝置具備完整的雙足行走形態(tài)，并且 裝置很簡(jiǎn)潔，很巧妙，以一種全新的足部設(shè)計(jì)解決了行走時(shí)的側(cè)向平衡問(wèn)題，且腿部設(shè)計(jì)可 以調(diào)整步態(tài)周期，腿足連接器可以調(diào)整步伐長(zhǎng)度，利用了被動(dòng)行走的自穩(wěn)定，步態(tài)自然的動(dòng) 力學(xué)特性，無(wú)需施加控制力矩就可以實(shí)現(xiàn)3D被動(dòng)行走。該裝置在腿足的康復(fù)醫(yī)療上，玩具 領(lǐng)域上都有相當(dāng)大的應(yīng)用前景，甚至在軍事應(yīng)用上也是有很有價(jià)值的潛在應(yīng)用的。
【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011] 圖2為髖部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012] 圖3為行走器的行走過(guò)程圖示；
[0013] 圖4為行走器的周期運(yùn)動(dòng)曲線圖；（a)左、右腿質(zhì)心速度一時(shí)間曲線，虛線為先擺 動(dòng)腿；(b)左、右腿質(zhì)心角速度一時(shí)間曲線，虛線為先擺動(dòng)腿；
[0014] 圖中：1_髖部，2-直腿，3-配重物，4-腿足連接器，5-足部。6-髖腿連接器，7-軸 承，8-桿型軸。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 以下將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述；應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實(shí)施例 僅為了說(shuō)明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明中由于兩條腿和兩只足是 對(duì)稱結(jié)構(gòu)的，所以只描述一只，另一只的結(jié)構(gòu)與之一致。
[0016] 參見(jiàn)圖1，一種窄足3D純被動(dòng)行走器，包括一對(duì)直腿2,所述直腿2的上端與髖部 1連接，直腿2繞髖部1的轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)軸承7實(shí)現(xiàn)，所述直腿2的下端分別用一對(duì)腿足連接器 4連接窄弧形足部5,在兩條所述直腿2上設(shè)置配重物3。
[0017] 參見(jiàn)圖2,髖腿部連接關(guān)節(jié)，主要由軸承實(shí)現(xiàn)，主要目的是確保腿部可以繞髖部自 由轉(zhuǎn)動(dòng)。髖部1包括髖腿連接器6、軸承7和桿型軸8,桿型軸8的兩端分別套接軸承7,軸 承7與髖腿連接器6的中心位置固定連接，髖腿連接器6的下端與直腿2的上端固定連接。 確保腿部可以繞髖部自由轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0018] 所述腿足連接器4的上端設(shè)置有用于固定直腿2下端的圓柱形孔，腿足連接器4 可以繞腿部轉(zhuǎn)動(dòng)。腿足連接器4的下端具有略大于足部5寬度的凹槽，用于固定足部5,足 部5與腿足連接器4均設(shè)計(jì)有螺絲孔，通過(guò)螺絲固定足部與連接器。腿足連接器4上端可 以繞桿型腿部轉(zhuǎn)動(dòng)，借此方式可以調(diào)整足部與前進(jìn)方向的夾角，進(jìn)一步可以調(diào)整行走器的 行走步伐長(zhǎng)度，行走步態(tài)周期。
[0019] 所述足部5的寬度約等于直腿2直徑，足部5底面是弧形面，弧面半徑大于髖部1 到足跟的長(zhǎng)度。
[0020] 所述配重物3可以沿腿部上下移動(dòng)調(diào)整，本實(shí)施例中采用可延腿部螺旋式上下調(diào) 整的螺帽作為配重物，進(jìn)一步可以改變行走器的質(zhì)心位置，進(jìn)而可以改變行走器的行走步 態(tài)周期，步伐長(zhǎng)度。參見(jiàn)圖1，配重物3為3對(duì)，可分散移動(dòng)調(diào)節(jié)在直腿2上各部位，也可整 體移動(dòng)到某處。
[0021] 本實(shí)施例中所述的行走器為被動(dòng)行走，行走器支撐腿可以沿足部弧線滾動(dòng)，同時(shí) 擺動(dòng)腿向前擺動(dòng)，行走器同時(shí)具有側(cè)向和矢量向的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)，且不需要側(cè)向運(yùn)動(dòng)控制。
[0022] 實(shí)施例中，行走器放置于斜坡上，具體參數(shù)設(shè)置如表1參數(shù)所示。初始時(shí)，以右腿 為支撐腿，左腿為擺動(dòng)腿，給定行走器一個(gè)側(cè)向的旋轉(zhuǎn)速度，也就說(shuō)初始角速度繞矢量向的 旋轉(zhuǎn)角速度。
[0023] 表1具體實(shí)施參數(shù)
[0024]
[0025] 圖3所示，為行走器的被動(dòng)行走過(guò)程。首先（圖中（I)、（2)和（3)過(guò)程），行走器 在初始側(cè)向動(dòng)能作用下，以右腿為支撐腿，右腿沿足部弧形轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)左腿開(kāi)始前擺，左腿 擺過(guò)支撐腿繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，支撐腿到達(dá)足尖時(shí)，擺動(dòng)腿足跟著地；然后（圖中（4)、（5)和 (6)過(guò)程），由于重力對(duì)裝置能量的補(bǔ)充，裝置以左腿作為新的支撐腿，沿足部弧形轉(zhuǎn)動(dòng)，有 腿作為新的擺動(dòng)腿開(kāi)始前擺。行走器的整個(gè)被動(dòng)行走運(yùn)動(dòng)就以這樣的周期運(yùn)動(dòng)過(guò)程，在斜 坡上實(shí)現(xiàn)了 3D純被動(dòng)行走。
[0026] 圖4所示，為行走器的被動(dòng)行走過(guò)程中腿部質(zhì)心的速度-時(shí)間，角速度-時(shí)間運(yùn)動(dòng) 曲線，可以看到行走器具有較為明顯的周期行走步態(tài)特征。
[0027] 以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人 員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的 這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些 改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種窄足3D純被動(dòng)行走器，其特征在于：包括一對(duì)直腿（2)，所述直腿（2)的上端與 髖部（1)連接，直腿（2)繞髖部（1)的轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)軸承（7)實(shí)現(xiàn)，所述直腿（2)的下端分別用 一對(duì)腿足連接器（4)連接窄弧形足部（5)，在兩條所述直腿（2)上設(shè)置配重物（3)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種窄足3D純被動(dòng)行走器，其特征在于：所述髖部（1)包括髖 腿連接器（6)、軸承（7)和桿型軸（8)，桿型軸（8)的兩端分別套接軸承（7)，軸承（7)與髖 腿連接器（6)的中心位置固定連接，髖腿連接器（6)的下端與直腿（2)的上端固定連接。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種窄足3D純被動(dòng)行走器，其特征在于：所述腿足連接器（4) 的上端設(shè)置有用于固定直腿（2)下端的圓柱形孔，腿足連接器（4)的下端具有略大于足部 (5)寬度的凹槽，用于固定足部（5)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述一種窄足3D純被動(dòng)行走器，其特征在于：所述足部（5) 的寬度約等于直腿（2)直徑，足部（5)底面是弧形面，弧面半徑大于髖部（1)到足跟的長(zhǎng) 度。5. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述一種窄足3D純被動(dòng)行走器，其特征在于：所述配重物（3) 可以沿直腿（2)上下調(diào)節(jié)。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述一種窄足3D純被動(dòng)行走器，其特征在于：所述配重物（3)可以 沿直腿（2)上下調(diào)節(jié)。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述一種窄足3D純被動(dòng)行走器，其特征在于：所述配重物（3)為若 干個(gè)，可分散移動(dòng)調(diào)節(jié)在直腿（2)上各部位，也可整體移動(dòng)到某處。8. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、6或7所述一種窄足3D純被動(dòng)行走器，其特征在于：所述配重 物（3)選用可沿直腿（2)螺旋式上下調(diào)整的螺帽。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種窄足3D純被動(dòng)行走器，包括一對(duì)直腿部，一對(duì)用連接器連接在腿部下端的窄弧形足部，用剛性的桿型軸制作的髖部，腿部繞髖部轉(zhuǎn)動(dòng)的關(guān)節(jié)用軸承代替，兩條腿部均有配重物。本發(fā)明具備完整的雙足行走形態(tài)，并且裝置很簡(jiǎn)潔，很巧妙，以一種全新的足部設(shè)計(jì)解決了行走時(shí)的側(cè)向平衡問(wèn)題，且腿部設(shè)計(jì)可以調(diào)整步態(tài)周期，腿足連接器可以調(diào)整步伐長(zhǎng)度。該裝置在腿足的康復(fù)醫(yī)療器械研究上有借鑒意義，在玩具領(lǐng)域上有相當(dāng)大的應(yīng)用前景，甚至在軍事應(yīng)用上也是有很有價(jià)值的潛在應(yīng)用的。
【IPC分類】B62D57/032
【公開(kāi)號(hào)】CN104973159
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510365883
【發(fā)明人】李清都, 曾光, 李永, 唐俊, 刁建, 劉國(guó)棟, 樊鎖鐘, 楊芳艷, 張紅升, 金雪亮, 蔡浩
【申請(qǐng)人】重慶郵電大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年10月14日
【申請(qǐng)日】2015年6月29日