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[ 机器人 ] PVCBOT【14号C版】机械狗--四足爬行机器人

2014-5-19 21:28| 发布者: 老A | 查看: 44915 |来自: pvcbot

  本项目介绍的为四足机器人,外形结构上像一只小狗,所以称之为机械狗,当前项目采用了模块化的开发方式,直接使用基础的四足爬行结构平台以及通用的电源模块进行组合,快速有效的完成了整体机器人的搭建。  
PVCBOT-14-C_600.jpg


视频效果:




制作视频教程:
注:视频中涉及到的各零部件的尺寸参数,请参见具体文字教程





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。
14A_运动_01_运动方式.gif


2、驱动机理——
  本项目机器人实现四足爬行机械结构,其实是和 PVCBOT-12号PVCBOT-13号 类似的“连杆机构”——“摆动曲柄滑块机构”,只不过说这个在PVCBOT-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:PVCBOT-12号——连杆机构PVCBOT-13号——连杆机构  
  
  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。
14A_驱动_01.gif


  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。
14A_驱动_02.gif

  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。
14A_驱动_03_连杆机构.gif  
  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。
14A_驱动_04_四足连杆机构.gif

3、电路原理——
  本项目C版机器人的电路原理与A版类似都是比较简单的,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。
14A_电路_01_电路原理图.gif

二、器材准备

主体结构部件:
00材料_i.jpg

电源结构部件:
电源_i.jpg

减速箱结构部件:
本体_i.jpg


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