專利名稱：一種基于單自由度六桿機(jī)構(gòu)的騎自行車機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)械裝置，具體指一種雙曲柄的平面單自由度六桿機(jī)構(gòu)，用于騎自行車機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)仿人形騎自行車運(yùn)動(dòng)，屬于機(jī)器人機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
日本村田制造所開發(fā)的騎自行車型機(jī)器人“村田頑童”，將村田制作所的產(chǎn)品和先進(jìn)控制技術(shù)應(yīng)用于機(jī)器人，使其能靜止、爬坡、過凹凸路面、過直平衡木和S形平衡木等各種路況。其中機(jī)器人“村田頑童”還曾亮相中國北京。國內(nèi)和國外的騎自行車機(jī)器人的研究多在機(jī)器人的控制方面。2011年國際機(jī)器人展上，日本機(jī)器人專家Masahiko Yamaguchi 展示了一個(gè)小巧的騎固定齒輪自行車的機(jī)器人，可通過踏板動(dòng)作施加壓力進(jìn)行前進(jìn)、減速或者制動(dòng)，并用陀螺儀和控制板實(shí)現(xiàn)平衡控制和遙控。以上兩種機(jī)器人都是小型化，側(cè)重控制研究，而對騎自行車機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)方面的研究是比較少的?；谝陨媳尘?，我們運(yùn)用機(jī)構(gòu)學(xué)的相關(guān)知識(shí)，利用六桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)單自由度騎自行車機(jī)器人的設(shè)計(jì)，該機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，控制方便。六桿機(jī)構(gòu)可以看作是由一個(gè)四桿機(jī)構(gòu)與一個(gè)二桿組組成，區(qū)別在于二桿組與四桿機(jī)構(gòu)的連接方式和尺度不同，形成的機(jī)構(gòu)類型不同，實(shí)現(xiàn)的功能不同，本發(fā)明是一種有兩個(gè)曲柄的六桿機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)仿人形騎自行車運(yùn)動(dòng)。


為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
圖1是本發(fā)明騎自行車機(jī)器人的六桿機(jī)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明騎自行車機(jī)器人六桿機(jī)構(gòu)加平行四邊形后的示意圖。符號說明A、D、G_ 固定點(diǎn)，A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K-鉸鏈，A、G-周轉(zhuǎn)副，11、21_ 桿，15、25-桿。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明采用硬鋁合金材料加工各桿件，在各鉸鏈連接處添加墊圈以使連接更可靠。參見附圖1，A，D為機(jī)架，桿11、12、13構(gòu)成曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，在搖桿13上串聯(lián)二桿組14 和15構(gòu)成平面六桿機(jī)構(gòu)。桿件組成的四邊形ABCD與四邊形DEFC相似，D點(diǎn)和G點(diǎn)的位置為自行車腳蹬軸芯和車座中心的對應(yīng)位置。A點(diǎn)位置的確定可先假設(shè)連線AD與連線DG的一個(gè)夾角，通過四邊形相似，得出A點(diǎn)具體位置。電機(jī)固定在A處，桿11為曲柄，桿15也同為曲柄，桿11轉(zhuǎn)一周，桿15也轉(zhuǎn)一周，兩者具有相同的周轉(zhuǎn)速度。當(dāng)ABC三個(gè)點(diǎn)在一條直線上時(shí)，GFE三個(gè)點(diǎn)也在一條直線上，此時(shí)為六桿機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)。參照圖2，為改進(jìn)后的六桿機(jī)構(gòu)，可越過死點(diǎn)位置。增加平行四邊形CHID和平行四邊形DJKE。延長BC到H，得到桿22， 三副桿的一支點(diǎn)固定于D，做EK平行于DJ，得桿M，則四邊形CHID和四邊形DJKE為平行四邊形。如果選用車型不同，則各桿件尺寸呈等比例變化。對于六桿長度的計(jì)算和相對位置的確定，首先可以根據(jù)自行車尺寸確定D，G的位置，桿25長度根據(jù)自行車腳蹬軸與中軸軸芯長度確定，桿M長度大致為人膝蓋到腳底的長度，桿23中ED邊長度大致為車座中心到膝蓋的長度，至此四邊形DEre已大致確定，其幾何尺寸可以綜合出，確定六桿機(jī)構(gòu)各個(gè)桿件的長度。機(jī)器人的兩條腿機(jī)構(gòu)相同，安裝位置有180°相位差，由單電機(jī)驅(qū)動(dòng)桿21做周轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)仿人機(jī)器人騎自行車的運(yùn)動(dòng)。以上所述僅為本發(fā)明較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于單自由度六桿機(jī)構(gòu)的騎自行車機(jī)器人，該機(jī)器人由二鉸鏈桿01)、(25)、 (26)、(27)，三鉸鏈桿(22)、(23)、(24)、(28)，轉(zhuǎn)動(dòng)副鉸鏈(A)、(B)、(C)、(D)、(E)、(F)、(G)、 (H)、(I)、(J)、(K)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成。其特征在于二鉸鏈桿和三鉸鏈桿組成的四桿機(jī)構(gòu)串聯(lián)二桿組構(gòu)成六桿機(jī)構(gòu)骨架，并通過增加平行于骨架中三鉸鏈桿兩邊的兩個(gè)二鉸鏈桿組成的平行四邊形機(jī)構(gòu)越過死點(diǎn)位置，此二鉸鏈桿由三鉸鏈桿連接并固定于機(jī)架上，從而得到九個(gè)桿件組成的騎自行車機(jī)器人機(jī)構(gòu)。各桿件的幾何尺寸利用仿生設(shè)計(jì)學(xué)原理等比例設(shè)計(jì)，并可根據(jù)車型大小調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)尺寸實(shí)現(xiàn)仿人形機(jī)器人騎自行車的運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的騎自行車機(jī)器人，其特征在于A，D為機(jī)架，桿11、12、13構(gòu)成曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，在搖桿13上串聯(lián)二桿組14和15構(gòu)成平面六桿機(jī)構(gòu)。桿件組成的四邊形AB⑶與四邊形DEFC相似，D點(diǎn)和G點(diǎn)的位置為自行車腳蹬軸芯和車座中心的對應(yīng)位置。 A點(diǎn)位置的確定可先假設(shè)連線AD與連線DG的一個(gè)夾角，通過四邊形相似，得出A點(diǎn)具體位置。電機(jī)固定在A處，桿11為曲柄，桿15也同為曲柄，桿11轉(zhuǎn)一周，桿15也轉(zhuǎn)一周，兩者具有相同的周轉(zhuǎn)速度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的騎自行車機(jī)器人，其特征在于如果選用車型不同，則各桿件尺寸呈等比例變化。對于六桿長度的計(jì)算和相對位置的確定，首先可以根據(jù)自行車尺寸確定D，G的位置，桿25長度根據(jù)自行車腳蹬軸與中軸軸芯長度確定，桿M長度大致為人膝蓋到腳底的長度，桿23中ED邊長度大致為車座中心到膝蓋的長度，至此四邊形DER；已大致確定，其幾何尺寸可以綜合出，確定六桿機(jī)構(gòu)各個(gè)桿件的長度。機(jī)器人的兩條腿機(jī)構(gòu)相同， 安裝位置有180°相位差，由單電機(jī)驅(qū)動(dòng)桿21做周轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)仿人機(jī)器人騎自行車的運(yùn)動(dòng)。
全文摘要
一種基于單自由度六桿機(jī)構(gòu)的騎自行車機(jī)器人，該機(jī)器人由二鉸鏈桿、三鉸鏈桿、轉(zhuǎn)動(dòng)副鉸鏈和驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成。二鉸鏈桿和三鉸鏈桿組成的四桿機(jī)構(gòu)串聯(lián)二桿組構(gòu)成六桿機(jī)構(gòu)骨架，并通過增加平行于骨架中三鉸鏈桿兩邊的兩個(gè)二鉸鏈桿組成的平行四邊形機(jī)構(gòu)越過死點(diǎn)位置，此二鉸鏈桿由三鉸鏈桿連接并固定于機(jī)架上，從而得到九個(gè)桿件組成的騎自行車機(jī)器人機(jī)構(gòu)。各桿件的幾何尺寸利用仿生設(shè)計(jì)學(xué)原理等比例設(shè)計(jì)，并可根據(jù)車型大小調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)尺寸實(shí)現(xiàn)仿人形機(jī)器人騎自行車的運(yùn)動(dòng)。
文檔編號A63H31/00GK102553249SQ201210051969
公開日2012年7月11日 申請日期2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月2日
發(fā)明者李博, 李端玲, 白國超, 胡澤巖, 趙秀偉 申請人:北京郵電大學(xué)