[發(fā)明專利]一種平衡性能穩(wěn)定的機(jī)器人及其控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610187944.3
• 申請日: 2016-03-29
• 公開（公告）號: CN105619392B
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉子騫
• 申請（專利權(quán)）人: 劉子騫
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J9/18
• 代理公司: 北京金蓄專利代理有限公司11544
• 代理人: 孫巍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種平衡性能穩(wěn)定的機(jī)器人及其控制方法，具體涉及一種能夠在鐵板鋪設(shè)的道路上行走的人形機(jī)器人。

背景技術(shù)

人形機(jī)器人廣泛采用的是自平衡技術(shù)來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)能力，用金屬部件構(gòu)建機(jī)器人的人形結(jié)構(gòu)，通過控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)人體關(guān)節(jié)功能，在控制電機(jī)和在人形機(jī)器人身體內(nèi)部安裝速度、位置、加速度、角度等各類傳感器，通過傳感器信息分析來控制機(jī)器人的動(dòng)作狀態(tài)，通過控制電機(jī)調(diào)整保持肢體平衡，避免摔倒的情況下實(shí)現(xiàn)行走、擺臂、下蹲、轉(zhuǎn)身等各種動(dòng)作。然而其具有以下缺點(diǎn)：首先是機(jī)器人成本居高不下，要實(shí)現(xiàn)自平衡行走，保證機(jī)器人有一個(gè)穩(wěn)定的動(dòng)作狀態(tài)，避免人形機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過程中摔倒，必須具備完善的傳感器感知系統(tǒng)，傳感器響應(yīng)時(shí)間、數(shù)據(jù)精度要求較高，要求機(jī)器人各部驅(qū)動(dòng)電機(jī)具有較高的控制精度與響應(yīng)速度，同時(shí)自平衡機(jī)器人數(shù)據(jù)處理邏輯關(guān)系復(fù)雜，多項(xiàng)原因使得人形機(jī)器人成本高昂；自平衡機(jī)器人對于自身材料要求高，為了減少機(jī)器人各部肢體重心移動(dòng)對于平衡的影響，避免機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中摔倒，要求機(jī)器人必須減輕各部重量，對于材料、部件的選擇更為苛刻；因?yàn)槿诵螜C(jī)器人無穩(wěn)定、可靠、持續(xù)的平衡力量，必須限制人形機(jī)器人的身高，較低的重心提升了機(jī)器人的穩(wěn)定性，同時(shí)造成人形機(jī)器人與真人之間存在較大的身高差異限，限制人形機(jī)器人的應(yīng)用場所與環(huán)境；市場多數(shù)人形機(jī)器人僅用于簡單的語言和人類交流，能夠從事一定的舞蹈動(dòng)作，但多數(shù)人形機(jī)器不具備負(fù)重工作的能力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)合理且平衡性能穩(wěn)定的機(jī)器人及其控制方法。

為解決上述問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

一種平衡性能穩(wěn)定的機(jī)器人，包括設(shè)置在鐵板上方的軀殼、分別鉸接在軀殼下端兩側(cè)的左腿驅(qū)動(dòng)裝置與右腿驅(qū)動(dòng)裝置、鉸接在左腿驅(qū)動(dòng)裝置下端的左腳驅(qū)動(dòng)裝置、鉸接在右腿驅(qū)動(dòng)裝置下端的右腳驅(qū)動(dòng)裝置以及電氣控制單元，左腿驅(qū)動(dòng)裝置與右腿驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)相同，左腿驅(qū)動(dòng)裝置與右腿驅(qū)動(dòng)裝置相對于軀殼中心線對稱設(shè)置，右腳驅(qū)動(dòng)裝置與左腳驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)相同，右腳驅(qū)動(dòng)裝置與左腳驅(qū)動(dòng)裝置相對于軀殼中心線對稱設(shè)置；左腳驅(qū)動(dòng)裝置包括設(shè)置在鐵板上方且與左腿驅(qū)動(dòng)裝置鉸接的左腳架以及設(shè)置在左腳架上的左腳電磁鐵，左腳電磁鐵與鐵板的上表面相對應(yīng)；右腳驅(qū)動(dòng)裝置包括設(shè)置在鐵板上方且與右腿驅(qū)動(dòng)裝置鉸接的右腳架以及設(shè)置在右腳架上的右腳電磁鐵，右腳電磁鐵與鐵板的上表面相對應(yīng)；左腿驅(qū)動(dòng)裝置包括至少兩個(gè)模仿人體腿部關(guān)節(jié)的控制電機(jī)以及設(shè)置在控制電機(jī)之間模仿人體的腿骨連機(jī)架；電氣控制單元包括設(shè)置在軀殼內(nèi)的電機(jī)控制器與邏輯控制主板、用于檢查左腳電磁鐵與鐵板的上表面接觸的左檢測模塊以及用于檢查右腳電磁鐵與鐵板的上表面接觸的右檢測模塊，左檢測模塊與右檢測模塊分別將各自采集的電信號傳遞給邏輯控制主板，邏輯控制主板通過電機(jī)控制器控制相應(yīng)的控制電機(jī)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，邏輯控制主板分別控制左腳電磁鐵的線圈和/或右腳電磁鐵的線圈通斷電。

進(jìn)一步，所述左檢測模塊包括設(shè)置在左腳電磁鐵一側(cè)的左前趾尖接觸元件與設(shè)置在左腳電磁鐵另一側(cè)的左后腳跟接觸元件或設(shè)置在左腳電磁鐵一側(cè)的左前趾尖接觸元件與用于檢查左腳電磁鐵水平的左水平儀元件；所述右檢測模塊包括設(shè)置在右腳電磁鐵一側(cè)的右前趾尖接觸元件與設(shè)置在右腳電磁鐵另一側(cè)的右后腳跟接觸元件或設(shè)置在右腳電磁鐵一側(cè)的右前趾尖接觸元件與用于檢查右腳電磁鐵水平的右水平儀元件。

進(jìn)一步，還包括鉸接在軀殼上端一側(cè)的左臂驅(qū)動(dòng)裝置、鉸接設(shè)置在軀殼上端另一側(cè)的右臂驅(qū)動(dòng)裝置和/或鉸接設(shè)置在軀殼上端的頭部驅(qū)動(dòng)裝置。

進(jìn)一步，左腿驅(qū)動(dòng)裝置包括帶動(dòng)左腳電磁鐵前后擺動(dòng)的左跖趾關(guān)節(jié)電機(jī)、左腳連接架、帶動(dòng)左腳連接架擺動(dòng)的左腳踝關(guān)節(jié)電機(jī)、左小腿連接架、帶動(dòng)左小腿連接架前后擺動(dòng)的左膝關(guān)節(jié)前后擺動(dòng)電機(jī)、左大腿連接架、帶動(dòng)左大腿連接架前后擺動(dòng)的左髖關(guān)節(jié)擺動(dòng)電機(jī)、髖骨上連接架、左腿轉(zhuǎn)軸、左腿聯(lián)軸器以及固定設(shè)置在軀殼左下端的左髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)；左腳架與左跖趾關(guān)節(jié)電機(jī)的電機(jī)軸鉸接，左跖趾關(guān)節(jié)電機(jī)的殼體與左腳連接架固定連接，左腳連接架與左腳踝關(guān)節(jié)電機(jī)的殼體固定連接，左腳踝關(guān)節(jié)電機(jī)的電機(jī)軸與左小腿連接架鉸接，左小腿連接架與左膝關(guān)節(jié)前后擺動(dòng)電機(jī)的殼體固定連接，左膝關(guān)節(jié)前后擺動(dòng)電機(jī)的電機(jī)軸與左大腿連接架鉸接，左大腿連接架與左髖關(guān)節(jié)擺動(dòng)電機(jī)的殼體固定連接，左髖關(guān)節(jié)擺動(dòng)電機(jī)的電機(jī)軸與髖骨上連接架鉸接，髖骨上連接架通過左腿轉(zhuǎn)軸與左腿聯(lián)軸器傳動(dòng)連接，左腿聯(lián)軸器與左髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)連接。