专利名称：一种柔性两轮直立式机器人本体的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种两轮直立式机器人本体，可以在该本体内部加载各 种电子器件来研究两轮直立式机器人的控制问题，为工科院校的控制理论课 程和机器人设计课程提供一种实验研究平台。
背景技术：
两轮机器人的行走机构为轴心相对、平行连接于机体两侧的轮子，由于 机器人重心位于轮轴之上，机体会绕轮轴自由转动而无法保持直立，所以在 静止或运动时需要适当驱动轮子转动来维持机身平衡。该种机器人行走机构 简洁，机动能力强，同时该机器人因与仿人型机器人的平衡控制问题接近， 常被用作平衡控制方法的研究对象。
现有的两轮直立式机器人主要包括有头部、机身和基座等部分，头部和 机身、机身和基座之间均是刚性连接，相互之间不能相对运动。从模仿人类 身体来设计机器人的角度来说，刚性机体不能体现出人类躯体，尤其是腰、 颈部结构所具有的左右侧屈、前后俯仰运动中的柔性(弹性)。人类躯干是大 位移弹性体，显然仅用刚性体机器人研究平衡控制和运动控制方法不足以达 到实现仿人控制的目的。然而，完全真实仿照人体，利用人工肌肉和人工关 节软组织设计机器人难度大、成本高、控制复杂、不易维护，作为仅针对柔 性机体机器人的平衡控制和运动控制问题的研究和示教设备并不实用。
实用新型内容
本实用新型的目的在于构造一种能够更好地模拟人类身体柔性运动特 点，同时结构相对简单的机器人本体，该本体为研究仿人机器人控制问题提 供更适宜的实验研究对象，为控制理论课程和机器人设计课程的教学提供实 验研究对象。
为了达到上述目的，本实用新型采取了如下技术方案。该本体主要包括
有头部1、机身3、基座5，在基座5的底部左右两侧分别设置有左轮足6、 右轮足7，其特征在于机身3由两个可以相互对接的壳体16、 17组成，壳 体16、 17围成一个空腔，在该空腔内设置有金属框架18，金属框架18主要 包括有顶板19和底板21，顶板19和底板21之间通过支撑杆22支撑，在顶 板19的上端面中心位置固定有第二支承座23，在底板21的下端面中心位置 固定有第三支承座24，在头部1的下端面中心位置固定有第一支承座10，在 基座5的上端面中心位置固定有第四支承座26，第二支承座23与第一支承座 10通过第一弹簧2固定连接，第三支承座24与第四支承座26通过第二弹簧 4固定连接。
所述的第一支承座10、第二支承座23、第三支承座24、第四支承座26 由一底座和一凸台体组成，二者为一个整体，支承座剖面形状为倒"T"形， 沿圆柱体中心轴线设置有一通孔，便于数据线11通过。
两个半圆环状的金属夹持器12、 13沿支承座凸台的圆周方向夹持于凸台 部分的外面，金属夹持器12、 13相互接触的两端通过螺栓固定，夹持器的底 座14通过螺栓与支承座的底座15固定；若要固定弹簧时，将弹簧置于凸台 部分和夹持器之间，通过拧紧设置在夹持器12、 13两端的螺栓使弹簧与支承 座的凸台之间夹紧固定。
本实用新型为两轮机器人本体引入柔性连接件，可以更好地模拟人类身 体柔性运动特点，同时这种结构简单、稳固且成本较低，可以为仿人机器人 的运动控制，特别是智能控制和仿生控制的研究提供合适的实验研究对象。
图1是本实用新型的主视图
图2是本实用新型的右视图
图3是本实用新型的头部A-A剖视图
图4是本实用新型的支承座的俯视图
图5是本实用新型的支承座的B-B剖视图
图6是本实用新型的夹持器的俯视图 图7是本实用新型的夹持器的主视图 图8是本实用新型的弹簧的装配示意图 图9是本实用新型的机身的分解图
图io是本实用新型的机身的内部结构图
图11是本实用新型的基座部分的外形结构图 图12是本实用新型的基座部分的内部结构图 图13是本实用新型的动力传动部分的结构图 图14是本实用新型的保护支架具体实施方式
下面结合图1 图14详细说明本实施例。
本实用新型的结构如图l、 2所示，主要包括有头部i、机身3、基座5、 左、右轮足6、 7和防倒支架8。头部1和机身3之间采用第一弹簧2连接， 机身3和基座5之间采用第二弹簧4连接。机器人的头部1、机身3和基座5 均为中空的箱式结构，中空部分用于加载各种电子电气设备。在机器人基座5 的下部左右两侧各装有一个轮足6、 7，是机器人的行走装置。
机器人头部1的结构如图3所示，釆用金属材料或硬质塑料制作。顶盖9 可拆卸以便在头部内安装和拆卸各种设备。在头部1的下端面通过螺栓固定 有金属支承座IO，如图4、 5所示的支撑座10为一凸台式结构，其凸台部分 向下，沿着该凸台结构的中心线开有通孔便于电缆11通过。支承座10的凸 台体两侧各安装一个如图6、 7所示的半圆环状的金属夹持器12、 13，金属夹 持器12、 13相互接触的两端通过螺栓固定，夹持器的底座14通过螺栓与支 承座的底座15固定。固定弹簧时，如图8所示，将弹簧置于凸台和夹持器之 间，通过拧紧设置在夹持器12、 13两端的螺栓使第一弹簧2的上端与第一支 承座10的凸台之间夹紧固定。第一弹簧2的下端与第二支承座23及第二弹 簧4与支承座24、 26之间也是采用该种固定方式。
机身3的具体结构如图9所示，其外表面是可拆卸的塑料壳体16和17， 壳体16、 17相互对接围成一个空腔，空腔内设置有如图10所示的三层金属 框架18，用于安装各种器件和设备。金属框架18主要包括有顶板19、中板 20和底板21，顶板19、中板20和底板21之间通过支撑杆22支撑，在顶板 19的上端面固定有支承座23，在底板21的下端面固定有支承座24，支承座 23及24也沿其中心线开有通孔。支承座10和支承座23通过第一弹簧2连接， 第一弹簧2套在支承座凸台的外面，并通过夹持器固定。第一弹簧2使头部1 相对于机身3有左右侧屈、左右扭转和前后俯仰方向上的柔性运动。
基座5的具体结构如图11、图12所示，其中后面板25可拆卸，以便对 箱体内的器件进行安装和拆卸操作，基座5的内部分为上下两层，可以加载 各种电子器件。在基座5的上端面的中心位置通过螺栓固定有支承座26。支 承座26和支承座24通过第二弹簧4连接，第二弹簧4套在支承座凸台的外 表面，并通过夹持器固定，第二弹簧4使机身3相对于基座5有在、左右侧 屈、左右扭转和前后俯仰方向上的柔性运动。
基座5底板下左右两侧为机器人的左、右轮足6和7，整个机器人壳体可 以在左、右轮足的带动下移动。这两个轮足分别由带减速器和光电增量式编 码器的直流电机27和28驱动。如图13所示，电机27由支架29固定，轴30 的一端与电机27的输出轴31连接，另一端则穿过固定在支架32上的轴承33 和固定在轮足6上的轴套34与轮足6连接，用螺母35紧固。电机28与轮足 7的安装和传动方式与电机27相同。
基座5底板下的中部设置有防倒保护支架8 (图14)，防倒保护支架8通 过螺孔36与基座5底部中心位置固定连接，防倒保护支架8两端装有滚轮37 和38。在机器人的运行过程中，当机器人基座的垂直倾角达到45度时，支架 的滚轮接触地面，支撑机身防止倾倒损坏。
权利要求1、一种柔性两轮直立式机器人本体，该本体主要包括有头部(1)、机身(3)、基座(5)，在基座(5)的底部左右两侧分别设置有有左轮足(6)、右轮足(7)，其特征在于机身(3)由两个可以相互对接的壳体(16、17)组成，壳体(16、17)围成一个空腔，在该空腔内设置有金属框架(18)，金属框架(18)主要包括有顶板(19)和底板(21)，顶板(19)和底板(21)之间通过支撑杆(22)支撑，在顶板(19)的上端面中心位置固定有第二支承座(23)，在底板(21)的下端面中心位置固定有第三支承座(24)，在头部(1)的下端面中心位置固定有第一支承座(10)，在基座(5)的上端面中心位置固定有第四支承座(26)，第二支承座(23)与第一支承座(10)通过第一弹簧(2)固定连接，第三支承座(24)与第四支承座(26)通过第二弹簧(4)固定连接。
2、 根据权利要求1所述的一种柔性两轮直立式机器人本体，其特征在于所 述的第一支承座(10)、第二支承座(21)、第三支承座(22)、第四支承座(26) 均由一底座和设置在底座上的一个圆柱形的凸台组成，二者为一个整体，支 承座剖面形状为倒"T"形，沿凸台部分的中心轴线设置有一通孔。
3、 根据权利要求2所述的一种柔性两轮直立式机器人本体，其特征在于两 个半圆环状的金属夹持器(12、 13)沿支承座凸台的圆周方向夹持于凸台部 分的外面，金属夹持器(12、 13)相互接触的两端通过螺栓固定，夹持器的 底座(14)通过螺栓与支承座(15)的底座固定；若要固定弹簧时，将弹簧 置于凸台部分和夹持器之间，通过拧紧设置在夹持器(12、 13)两端的螺栓 使弹簧与支承座的凸台之间夹紧固定。
专利摘要本实用新型是一种柔性两轮直立式机器人本体，可以在该本体内部加载各种电子器件来研究两轮直立式机器人的控制问题，为工科院校的控制理论课程和机器人设计课程提供一种实验研究平台。主要包括有头部(1)、机身(3)、基座(5)，其中，头部(1)与机身(3)通过第一弹簧(2)连接，机身(3)与基座(5)通过第二弹簧4连接，基座(5)的底部左右两侧分别连接有左轮足(7)和右轮足(6)，带动整个机器人本体移动。本实用新型为两轮机器人本体引入柔性连接件，可以更好地模拟人类身体柔性运动特点，同时这种结构简单、稳固且成本较低，可以为仿人机器人的运动控制，特别是智能控制和仿生控制的研究提供合适的实验研究对象。
文档编号G09B25/00GK201000695SQ200720103279
公开日2008年1月2日 申请日期2007年1月19日 优先权日2007年1月19日
发明者亮 孙, 李明爱, 李欣源, 赵岗金, 阮晓钢, 龚道雄 申请人:北京工业大学