专利名称：一种两足步行的三角形机器人的制作方法在两足步行机器人领域，日本本田公司制造的"阿西莫"代表了两足步行仿人机器人的最高技术成就，它可以完成8字形行走、上下台阶、弯腰等各项 "复杂"动作，但该机器人功耗大，对控制的软硬件各方面要求都很高。美国、 加拿大等多所世界著名大学针对两足步行机器人功耗大的问题进行了研究，加 拿大西蒙莎菲大学的TadMcGeer提出利用机器人自身重力和惯性作为动力实现 被动动力步行的设想，并且通过实验样机Dynamite验证了该想法，美国的麻省 理工大学在McGeerde的被动动力步行思想的基础上，在机器人的局部关节上增 加了动力，实现了平地行走。中国对两足步行机器人进行的研究，如哈尔滨工 业大学的四型仿人双足步行机器人，全身有52个自由度，在运动速度和平衡性 方面优于静态行走机器人，已接近动态行走，但控制相当复杂。中国专利 CN1819901A公开了双足步行机器人的下半身模块，两条腿分别采用并联机构， 构成并联机构的各个直线运动连杆是该机器人的驱动系统，这种结构使各个杆 件有效的分担了机器人的负载，但是它零件多，控制复杂。现有的两足步行机 器人一般是仿人型的机器人，具有串联的腿部结构，自由度多，带载能力有限， 采用旋转关节上附加动力的驱动方式，对控制精度要求高。 发明内容本实用新型要解决的技术问题两足步行机器人一般采用仿人型的机械结构，机器人本体的零部件多，结构、控制复杂，成本高，机器人的腿部一般采 用串联结构，在旋转关节上附加动力进行驱动，当机器人本体较重，或者负载 较大的时候，对关节处的旋转动力要求比较高，而且连杆对旋转关节的角度误 差具有放大效应，不利于机器人控制精度的提高。 本实用新型的技术方案一种两足步行的三角形机器人，该机器人包括构成三角形三边的六个杆件， 左腿足外杆，右腿足外杆，左腿足内杆，右腿足内杆，横杆外杆，横杆内杆，其中左腿足外杆和左腿足内杆构成移动副作为三角形的一条侧边；右腿足外杆 和右腿足内杆构成移动副作为三角形的另一条侧边；左腿足外杆的横杆、横杆 外杆和横杆内杆构成移动副作为三角形的底边。第一连接件形式上看作三角形顶角的顶点，第一连接件上的纵向孔与左腿 足内杆的顶端横杆上的纵向孔利用圆柱销以转动副的形式连接，该转动副的轴 线在三角形平面内，并且垂直于左腿足外杆的横杆；第一连接件上的横向孔与 右腿足内杆末端上的孔利用圆柱销以转动副的形式连接，该转动副的轴线垂直 于三角形平面。第二连接件上的纵向孔与左腿足外杆的横杆上的孔以转动副的形式连接， 转动副的轴线在三角形平面内，并且垂直于左腿足外杆的横杆，该转动副上安 装电机作为驱动，第二连接件上的横向孔与横杆外杆一端部的孔利用圆柱销以 转动副的形式连接，该转动副的轴线垂直于三角形平面。横杆内杆与右腿足外杆上的孔以转动副的形式连接，该转动副的轴线垂直 于三角形平面，转动副的中心形式上是三角形一个底角的顶点。
所述的左腿足外杆由左杆、横杆、U形杆固定连结而成，其中U形杆所在 平面是机器人的脚掌平面，左杆与U形杆的侧边垂直，左杆的一端固定在该侧边上，横杆与左杆固定连接，横杆平行于U形杆的底边，横杆与左杆所成角度 为e，P是锐角、直角或钝角。
所述的右腿足外杆由右杆、U形杆固定连结而成，其中U形杆所在平面是 机器人的脚掌平面，右杆与U形杆的侧边垂直，右杆的一端固定在该侧边上，
右杆上加工出一个通孔，孔的轴线平行于脚掌平面且垂直于u形杆底边。
所述的左腿足内杆由顶端横杆和左腿内杆固定连接而成，顶端横杆和左腿
内杆的一端以180-P的角度固定连接在一起，在顶端横杆的另一端，在左腿足 内杆平面内且垂直于顶端横杆的方向上加工出一个通孔。
所述的左腿足外杆、右腿足外杆的脚掌的形状为U形、S形、V形或C形。
本实用新型的有益效果本实用新型所述的两足步行的三角形机器人避免
了仿人形机器人的腿部串联结构设计，机器人本体从整体上看是一个三角形， 采用了完全闭链的机械结构，增加了机器人整体的刚度，当机器人承受负载时， 各个杆件共同分担负载，使机器人各构件的受力分布更均匀，提高机器人本体 的负载能力，采用控制杆件长度实现机器人的步行与转弯，有效地减小了杆件 长度对转角驱动误差的放大效应，提高机器人控制精度，构件少，结构、控制 简单。

图1两足步行的三角形机器人的整体三维图(锐角三角形，U形脚)
图2两足步行的三角形机器人的整体三维图(钝角三角形，C形、S形脚)
图3两足步行的三角形机器人的整体三维图(直角三角形，V形脚)
图4第一连接件的三维图
图5第二连接件的三维图
图6胡克铰的其他形式图7电机的安装图
图7A、图7B、图7C、图7D、图7E是两足步行的三角形机器人的直行步态 的分解图
图7A直行步态的起始位姿 图7B直行步态的右腿足外杆的抬起动作 图7C直行步态的右腿足外杆的落地动作 图7D直行步态的左腿足外杆的抬起动作 图7E直行步态的左腿足外杆的落地动作
图8A、图8B、图8C、图8D、图8E、图8F、图8G是两足步行的三角形机 器人的转弯步态的分解图 图8A转弯步态的起始位姿 图8B转弯步态的右腿足外杆的抬起动作 图8C转弯步态的右腿足外杆抬起的转弯动作 图8D转弯步态的右腿足外杆的落地动作 图8E转弯步态的左腿足外杆的抬起动作 图8F转弯步态的左腿足外杆抬起的转弯动作 图8G转弯步态的左腿足外杆的落地动作
图中左腿足外杆l、右腿足外杆2、左腿足内杆3、右腿足内杆4、横杆外 杆5、横杆内杆6、第一连接件7a、第二连接件7b、圆柱销8a、圆柱销8b、圆 柱销8c、圆柱销8d、开口销9a、开口销9b、开口销9c、开口销9d、电机10、 横杆la、右杆2a、左杆lb、顶端横杆3a、左腿内杆3b。


以下结合附图对本实用新型做进一步详细说明。一种两足步行的三角形机器人，该机器人包括构成三角形三边的六个杆件，
左腿足外杆l，右腿足外杆2，左腿足内杆3，右腿足内杆4，横杆外杆5，横杆 内杆6，其中左腿足外杆1和左腿足内杆3构成移动副作为三角形的一条侧边； 右腿足外杆2和右腿足内杆4构成移动副作为三角形的另一条侧边；左腿足外 杆1的横杆la、横杆外杆5和横杆内杆6构成移动副作为三角形的底边。
第一连接件7a形式上看作三角形顶角的顶点，第一连接件7a上的纵向孔i 与左腿足内杆3的顶端横杆3a上的纵向孔利用圆柱销8a以转动副的形式连接， 该转动副的轴线在三角形平面内，并且垂直于左腿足外杆1的横杆la;第一连 接件7a上的横向孔j与右腿足内杆4末端上的孔利用圆柱销8b以转动副的形式 连接，该转动副的轴线垂直于三角形平面。第一连接件7a与左腿足内杆3的顶 端横杆3a和右腿足内杆4的连接形式可以为胡克铰的形式，见图6。
第二连接件7b上的纵向孔g与左腿足外杆1的横杆la上的孔以转动副的 形式连接，转动副的轴线在三角形平面内，并且垂直于左腿足外杆1的横杆la， 该转动副上安装电机10作为驱动，见图7，第二连接件7b上的横向孔h与横杆 外杆5 —端部的孔利用圆柱销8c以转动副的形式连接，该转动副的轴线垂直于 三角形平面。第二连接件7b与左腿足外杆1的横杆la和横杆外杆5的连接形 式可以为胡克铰的形式，见图6。
横杆内杆6与右腿足外杆2上的孔以转动副的形式连接，该转动副的轴线 垂直于三角形平面，转动副的中心形式上是三角形一个底角的顶点。
所述的左腿足外杆l由左杆lb、横杆la、 U形杆固定连结而成，其中U形 杆所在平面是机器人的脚掌平面，左杆1 b与U形杆的侧边垂直，左杆1b的一 端固定在该侧边上，横杆la与左杆1 b固定连接，横杆la平行于U形杆的底边， 横杆la与左杆lb所成角度为P， P是锐角，见图l， P是直角，见图3， e是钝角，见图2。
所述的右腿足外杆2由右杆2a、 U形杆固定连结而成，其中U形杆所在平 面是机器人的脚掌平面，右杆2a与U形杆的侧边垂直，右杆2a的一端固定在 该侧边上，右杆2a上加工出一个通孔，孔的轴线平行于脚掌平面且垂直于U形 杆底边。
所述的左腿足内杆3由顶端横杆3a和左腿内杆3b固定连接而成，顶端横 杆3a和左腿内杆3b的一端以180-e的角度固定连接在一起，在顶端横杆3a的 另一端，在左腿足内杆3平面内且垂直于顶端横杆3a的方向上加工出一个通孔。 所述的左腿足外杆l、右腿足外杆2的脚掌的形状为U形，见图l，为S形 和C形见图2，为V形见图3。
第一连接件7a与第二连接件7b的结构完全相同，如附图4、 5所示，都是 一个L型的金属块，在第一连接件7a的"L"的竖杆中心处垂直于"L"平面 的方向上设计一个通孔j;在第二连接件7b的"L"的竖杆中心处垂直于"L" 平面的方向上设计一个通孔h;在第一连接件7a的"L"的横杆末端处，"L" 平面内且垂直于横杆的方向上加工一个通孔i，在第二连接件7b的"L"的横 杆末端处，"L"平面内且垂直于横杆的方向上加工一个通孔g。
圆柱销8a、 8b、 8c、 8d的结构和尺寸完全相同。
具体的使用方法两足步行的三角形机器人可以实现直行步态。首先两足步 行的三角形机器人处于如附图7A所示的直行步态的起始位姿，两足都与地面接 触；当要直行的时候，以左腿足外杆1为支撑足，协调伸长三角形的三边，实 现如附图7B所示的右腿足外杆2的抬腿动作，以及如附图7C所示的右腿足外 杆2的落地动作；当右腿足外杆2的脚掌落地后，协调縮短三角形的三边，实 现如附图7D所示的左腿足外杆1的抬起动作，以及如附图7E所示的左腿足外杆1的落地动作。这样就实现了机器人的一个完整直行步态，图7A、图7B、图 7C、图7D、图7E是两足步行的三角形机器人的直行步态的分解图。
两足步行的三角形机器人也可以实现转弯步态。首先两足步行的三角形机器 人处于如附图8A所示的起始位姿，两足都与地面接触；当要转弯的时候，以左 腿足外杆1为支撑足，协调伸长三角形的三边，抬起腿足外杆2，当如附图8B 所示左腿足外杆1上的竖直孔与左腿足内杆3上的竖直孔共轴时，停止三角形 三边的长度变化，起动电机IO，右腿足外杆2、右腿足内杆4、横杆外杆5、横 杆内杆6、第一连接件7a、第二连接件7b作为一个整体绕着公共的轴旋动到如 附图8C所示的合适位置的时候，停止电机IO，然后继续三角形三边长度的变化， 使右腿足外杆2实现如附图8D所示的落地动作，然后再以右腿足外杆2作为支 撑足，縮短三角形三边长度，抬起腿足外杆l，当达到如附图8E所示的左腿足 外杆1上的竖直孔与左腿足内杆3上的竖直孔再次共轴的时候，停止三角形三 边长度的变化，起动电机10，可以使左腿足外杆1和左腿足内杆3作为一个整 体绕着公共轴转动，当反向转动相同的角度，实现如附图8F所示的左腿足外杆 1和右腿足外杆2共面构成一个三角形，停止电机10，继续三角形三边长度的 变化，使左腿足外杆1实现如附图8G所示的落地动作，此时的三角形平面与原 来的三角形平面已经有一定的角度了，循环几次，机器人就实现了大幅度的转 弯步态。图8A、图8B、图8C、图8D、图8E、图8F、图8G是两足步行的三 角形机器人的转弯步态的分解图。