專利名稱：一種基于單自由度六桿機構的騎自行車機器人的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種機械裝置，具體指一種雙曲柄的平面單自由度六桿機構，用于騎自行車機器人，實現仿人形騎自行車運動，屬于機器人機構創新設計領域。
背景技術：
日本村田制造所開發的騎自行車型機器人“村田頑童”，將村田制作所的產品和先進控制技術應用于機器人，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。其中機器人“村田頑童”還曾亮相中國北京。國內和國外的騎自行車機器人的研究多在機器人的控制方面。2011年國際機器人展上，日本機器人專家Masahiko Yamaguchi 展示了一個小巧的騎固定齒輪自行車的機器人，可通過踏板動作施加壓力進行前進、減速或者制動，并用陀螺儀和控制板實現平衡控制和遙控。以上兩種機器人都是小型化，側重控制研究，而對騎自行車機器人機構學方面的研究是比較少的。基于以上背景，我們運用機構學的相關知識，利用六桿機構實現單自由度騎自行車機器人的設計，該機構設計簡單，控制方便。六桿機構可以看作是由一個四桿機構與一個二桿組組成，區別在于二桿組與四桿機構的連接方式和尺度不同，形成的機構類型不同，實現的功能不同，本發明是一種有兩個曲柄的六桿機構，實現仿人形騎自行車運動。
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細描述。
圖1是本發明騎自行車機器人的六桿機構示意圖。圖2是本發明騎自行車機器人六桿機構加平行四邊形后的示意圖。符號說明A、D、G_ 固定點，A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K-鉸鏈，A、G-周轉副，11、21_ 桿，15、25-桿。
具體實施例方式本發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為機架，桿11、12、13構成曲柄搖桿機構，在搖桿13上串聯二桿組14 和15構成平面六桿機構。桿件組成的四邊形ABCD與四邊形DEFC相似，D點和G點的位置為自行車腳蹬軸芯和車座中心的對應位置。A點位置的確定可先假設連線AD與連線DG的一個夾角，通過四邊形相似，得出A點具體位置。電機固定在A處，桿11為曲柄，桿15也同為曲柄，桿11轉一周，桿15也轉一周，兩者具有相同的周轉速度。當ABC三個點在一條直線上時，GFE三個點也在一條直線上，此時為六桿機構的死點。參照圖2，為改進后的六桿機構，可越過死點位置。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。對于六桿長度的計算和相對位置的確定，首先可以根據自行車尺寸確定D，G的位置，桿25長度根據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，確定六桿機構各個桿件的長度。機器人的兩條腿機構相同，安裝位置有180°相位差，由單電機驅動桿21做周轉運動，實現仿人機器人騎自行車的運動。以上所述僅為本發明較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明保護的范圍之內。
權利要求
1.一種基于單自由度六桿機構的騎自行車機器人，該機器人由二鉸鏈桿01)、(25)、 (26)、(27)，三鉸鏈桿(22)、(23)、(24)、(28)，轉動副鉸鏈(A)、(B)、(C)、(D)、(E)、(F)、(G)、 (H)、(I)、(J)、(K)和驅動電機組成。其特征在于二鉸鏈桿和三鉸鏈桿組成的四桿機構串聯二桿組構成六桿機構骨架，并通過增加平行于骨架中三鉸鏈桿兩邊的兩個二鉸鏈桿組成的平行四邊形機構越過死點位置，此二鉸鏈桿由三鉸鏈桿連接并固定于機架上，從而得到九個桿件組成的騎自行車機器人機構。各桿件的幾何尺寸利用仿生設計學原理等比例設計，并可根據車型大小調節機構尺寸實現仿人形機器人騎自行車的運動。
2.根據權利要求1所述的騎自行車機器人，其特征在于A，D為機架，桿11、12、13構成曲柄搖桿機構，在搖桿13上串聯二桿組14和15構成平面六桿機構。桿件組成的四邊形AB⑶與四邊形DEFC相似，D點和G點的位置為自行車腳蹬軸芯和車座中心的對應位置。 A點位置的確定可先假設連線AD與連線DG的一個夾角，通過四邊形相似，得出A點具體位置。電機固定在A處，桿11為曲柄，桿15也同為曲柄，桿11轉一周，桿15也轉一周，兩者具有相同的周轉速度。
3.根據權利要求1所述的騎自行車機器人，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。對于六桿長度的計算和相對位置的確定，首先可以根據自行車尺寸確定D，G的位置，桿25長度根據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，確定六桿機構各個桿件的長度。機器人的兩條腿機構相同， 安裝位置有180°相位差，由單電機驅動桿21做周轉運動，實現仿人機器人騎自行車的運動。
全文摘要
一種基于單自由度六桿機構的騎自行車機器人，該機器人由二鉸鏈桿、三鉸鏈桿、轉動副鉸鏈和驅動電機組成。二鉸鏈桿和三鉸鏈桿組成的四桿機構串聯二桿組構成六桿機構骨架，并通過增加平行于骨架中三鉸鏈桿兩邊的兩個二鉸鏈桿組成的平行四邊形機構越過死點位置，此二鉸鏈桿由三鉸鏈桿連接并固定于機架上，從而得到九個桿件組成的騎自行車機器人機構。各桿件的幾何尺寸利用仿生設計學原理等比例設計，并可根據車型大小調節機構尺寸實現仿人形機器人騎自行車的運動。
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 優先權日2012年3月2日
發明者李博, 李端玲, 白國超, 胡澤巖, 趙秀偉 申請人:北京郵電大學