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跋涉者·四足长腿步履怪 四足机器人

时间:2012-11-07 16:36来源:未知 作者:admin 点击:
延续22号机器人的经典步履机械结构,这里再推出Jansen Walker 海滩风动机器怪物的一个新的PVCBOT山寨版四足步履怪。当前这个步履机器人的腿比较长,而四足结构本身爬行起来相对不是太平稳,每个脚步都有点摇晃,就像经历过长途跋涉快走不动了一样,有点艰难的
延续22号机器人的经典步履机械结构,这里再推出 Jansen Walker 海滩风动机器怪物的一个新的PVCBOT山寨版——四足步履怪。当前这个步履机器人的腿比较长,而四足结构本身爬行起来相对不是太平稳,每个脚步都有点摇晃,就像经历过长途跋涉快走不动了一样,有点艰难的味道,所以这里把当前项目机器人又称之为“跋涉者”。
  通过前面多个仿生类项目的介绍我们可以知道,六足的结构一般比四足结构走起来更平稳,虽说六足的腿脚多制作起来复杂一些,但是从运动效果来说六足更容易控制,从另外的角度也可以理解为要制作效果好一些的四足比六足难一些,尤其是在后期结构平衡和动作调试的时候,需要花更多的精力。

 

跋涉者·四足长腿步履怪 四足机器人

  以下为视频。
 


 一、基本原理

    1.1、运动方式

    1.2、驱动机理

    1.3、电路原理

  二、准备工作

  三、制作过程

    3.1、动力系统

      3.1.1、引擎

      3.1.2、减速

    3.2、机械结构

      3.2.1、腿部

      3.2.2、外壳

      3.2.3、传动

      3.2.4、组装

      3.2.5、脚部

    3.3、控制电路

      3.3.1、电源

    3.4、总装调试

  四、效果展示

  五、项目总结

 

 

 

一、基本原理
  本项目为四足机器人,从基本运动原理来说和之前的PVCBOT 14号机器狗类似,不过从步态的细节控制又是与上一个PVCBOT 22号信步者同出一辙,即腿部都是采用了精巧的多连杆复合机构,能够实现高仿生的步履运动,并且比起22号其腿部结构比例更长一些,因此得名长腿步履机器人。
  
1、运动方式
  从整体的运动方式来说,与之前的PVCBOT 14号机器狗一样,本项目机器人是模仿拥有四条腿动物的爬行运动,以下是具体步态的分解,以前进方向为例进行说明:
  1、静止时四条腿都是同时着地(本项目机器人省略该状态);
  2、前进时,四条腿分为两组交替运动,对角的两腿为一组,即:左前腿和右后腿为一组,右前腿和左后腿为另一组;
  3、第1组两条腿(左前、右后)往前迈出,第2组两条腿(右前、左后)静止不动但是关节往前弯曲以适应这个躯体中心前移;
  4、第1组两条腿(左前、右后)迈出后静止。
  5、第2组两条腿(右前、左后)往前迈出,第1组两条腿(左前、右后)静止不动但是关节往前弯曲以适应这个躯体中心前移;
  6、两组不断交替……
  如此循环往复,同一时间都保证有一组两条腿着地以保持身体的平衡,并不断往前进。
  这里可能有人会问,仅靠两条腿是否可以保证身体的平衡呢?其实,如果前进时保证一定的速度,虽然同时只有两条腿着地,只能有一个很短暂的平衡,但是由于两组的腿交替速度比较快,总体上也可以让身体保持一个动态的平衡。
  特别说明:如果整体前进的速度很慢,其中一组静止着地的两条腿是无法保持整个身体的平衡的,我们必须还要让第三条腿也着地,即要利用三点确定一个平面——三条腿可以保持稳定平衡的原理。在本项目中,由于机器人的运动速度很慢,两组腿交替迈步的时候,后腿都是着地的,即使是往前迈步的一组,前面的腿是离地迈步的,而后面的腿还是接触地面以“拖步”的方式迈步的
 

跋涉者·四足长腿步履怪 四足机器人

 
 
2、驱动机理
  本项目机器人在动力传动结构上与PVCBOT 14号机器狗是类似的,使用了摆动曲柄滑块机构连杆来把减速电机的转动变为驱动腿部迈步的摆动运动。  

跋涉者·四足长腿步履怪 四足机器人

 
  为了能够让两组二足交替向前迈步行走,则“摆动曲柄滑块机构”的安装也比较巧妙,为了直接驱动后面的两足,我们用了左右两套相同的连杆机构,且为同轴的方式安装(同一根转动的轴),但两个连杆的铰链结合部分的位置正好相反,即分别位于转盘一条直径线上的两头,也就是曲柄的位置正好相反,使得左右两套连杆机构在同一时间上运动的状态刚好相反,比如:一个位于最左边的位置的时候另一个正好位于最右边的位置,一个位于最高的位置的时候另一个正好位于最低的位置
 
 
 
  与PVCBOT 14号机器狗简单的腿部结构相比不同的是,本项目机器人的腿部则是采用了与PVCBOT 22号信步者一样的多连杆复合机构,这是泰奥杨森Theo Jansen所创造出来的经典结构。

 

 

 

 

跋涉者·四足长腿步履怪 四足机器人

      
  多连杆复合机构主要包括几个部分:
  (1) 四边形结构连杆:四根连杆通过关节铰链连结在一起组成一个四边形,四边形是不稳定的结构,即该结构可以在矩形、平行四边形之间变化,随着腿部关节角度的变化当前四边形连杆的结构也会不断变化形状的;
  (2) 上三角结构连杆:上三角结构的两根连杆以及四边形结构顶上的连杆,三根连杆通过关节铰链连结在一起组成一个三角形,三角形是稳定的结构,则该结构的形状是固定不变的;
  (3)下三角结构连杆:下三角结构的两根连杆以及四边形结构顶部的连杆,三根连杆通过关节铰链连结在一起组成一个三角形,三角形是稳定的结构,则该结构的形状也是固定不变的;
  (4)传动连杆:两根传动连杆,加上上三角结构中竖直的一根连杆,以及四边形结构中内侧竖直的一根连杆,总共四根连杆也是通过铰链连结在一起组成一个四边形,四边形是不稳定的结构,即该结构可以在任意四边形中变化。
  特别的,传动连杆上的传动铰链是直接接在曲柄上的,也相当于说传动铰链固定在一个圆形的离心轴上,围绕圆心转动的。在曲柄转动的过程中,就会通过传动连杆带动整个多连杆复合机构联动,实现自然顺畅的步履运动。 

跋涉者·四足长腿步履怪 四足机器人

 

 

  以下为本项目机器人的整体连杆机械结构图。

 

 

跋涉者·四足长腿步履怪 四足机器人

  

 

  为了更直观的解释整个步履机器人的机械运动原理,这个引用了国外机器人爱好者制作的六足步履机器的视频,虽然与当前四足步履机器人有点不同,但是其原理本质还是一样的。
 


3、电路原理
  本项目机器人的重点在于机械结构,电路则是采用最简单的电路,就是直接电池连接一个电机,中间通过一个拨动开关来控制电路的通断。
 
  以下为电路原理图。

跋涉者·四足长腿步履怪 四足机器人

 
 
  为方便初学者这里还提供实物焊接示意图。  (责任编辑:admin)
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