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PVCBOT【14号】机械狗·四足爬行机器人
发表日期:2012-02-02 08:55:53 来源:PVC-Robot 作者:Plenilune 【 】 浏览:4191次 评论:0
本项目介绍的为四足机器人,与13号的双足机器人还有15号的六足机器人一起,组成了PVCBOT仿生类机器人最典型的“双足、四足、六足”项目组合。本项目机器人之所以称之为机械狗,主要是因为其躯干外型上与美国波士顿公司研制的BigDog运输机器人有点像,就是背上驮着东西的大狗机器人,不过比起BigDog的灵活矫捷,本项目机器人由于缓慢笨拙而只能说是一只笨笨狗,呵呵。

【入门】16、PVC-Robot【14号】机械狗·四足爬行机器人 - PVC-Robot - PVC-Robot

  

  本项目机器人也是分为采用常规电池的A版,以及采用太阳能的B版,以下为视频:

 

 

 本项目套件的淘宝地址http://item.taobao.com/item.htm?id=12437703113(A版)

           http://item.taobao.com/item.htm?id=12568492029(B版)

 

 

 

  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、减速箱

    3.2、机械结构

      3.2.1、外壳

      3.2.2、传动

      3.2.3、腿部

      3.2.4、总装

    3.3、PVC-Robot  14号-A版

      3.3.1、电源系统

      3.3.2、效果展示 

    3.4、PVC-Robot  14号-B版

      3.4.1、控制电路

      3.4.2、效果展示

    3.5、调试完善

  四、常见问题

  五、项目总结


 

 

一、基本原理
  本项目的机器人,利用“摆动曲柄滑块机构”原理,把减速电机的旋转运动转换为驱动腿迈步的往复摆动运动,再利用简单连杆结构控制四条腿模拟动物的步态规律进行爬行运动。
  
1、运动方式
  本项目机器人是模仿拥有四条腿动物的爬行运动,其各腿之间协调运动的规律是完全不同的,这个规律我们称其为“步态”,要模仿四足动物的运动,则首先就要了解这个“步态”。
  以下是四足动物爬行步态的分解,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
 

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2、驱动机理
  本项目机器人是采用四足爬行的方式运动,对于四足的驱动力量也是有一定要求的,所以与前几个仿生类机器人项目一样都是借助减速电机所具有的“低转速、高扭矩”的特性来实现的。
  与PVC-Robot 11号PVC-Robot 12号机器人驱动双臂以及与PVC-Robot 13号驱动双足类似,本项目机器人四足中的后面两足是主动足,是由减速电机直接驱动的,而采用的减速电机同样也必须要满足两个条件:
  1、拥有足够的动力,能够支撑四足行走;
  2、减速电机左右两侧同轴输出。
  为此,需要利用“蜗杆传动机构”对现有减速电机进行改造,相关方案在前面的项目中也已经进行了详细的阐述,这里不再重复,具体可以点击这里:PVC-Robot 11号——减速机构
 
  本项目机器人实现四足爬行机械结构,其实是和PVC-Robot 12号、PVC-Robot13号类似的“连杆机构”——“摆动曲柄滑块机构”,只不过说这个在PVC-Robot 14号中这个连杆机构驱动四足的后面两足,然后再通过连杆带动前两足联动。相关资料请参考:PVC-Robot 12号——驱动机理PVC-Robot 13号——驱动机理
  下面为摆动曲柄滑块机构应用在本项目中的运动过程示意图。

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  以下为两种一样的摆动曲柄滑块机构连杆,前者采用了离心圆盘作为转动结构,而后者则采用了曲柄作为转动结构,两者本质是一样。为了加工方便,一般多用后面一种”曲柄“结构(可省掉一个圆盘)。而在本项目中我们采用的也是后面的设计。  

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  为了机器人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
  另外,前足通过一个连杆和后足的曲柄相连,同时后足由限位杆控制住摆动的范围。
 

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  曲柄滑块机构直接驱动四足的两个后足,对于两个前足则是通过简单的连杆机构进行联动的。以下为四足通过连杆进行联动的示意图,同一列状态下的两个图为同一时间左右两侧各足的状态。
  特别:两个后足以“拖动”的方式向前迈步(即:都是不离开地面),则可以看到任何时候都有三条腿着地以保持身体平衡。 

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3、电路原理
  与之前的几个仿生机器人项目一样,本项目也是分为A版的常规电池版本和B版太阳能版本:A版电路是非常的简单;B版采用与之前的2号到6号以及8号类似、与10号、12号、13号一模一样的太阳能脉动充放电控制电路。
 
 
PVC-Robot 14号-A版
 
  本项目A版机器人的电路原理比较简单,就是直接一组电池连接一个电机,中间通过一个拨动开关来控制电路的通断。 

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PVC-Robot 14号-B版