CN102689660A - 机器人平衡装置及使用该装置的轮腿机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机器人平衡装置及使用该装置的轮腿机器人，平衡装置包括四根一端相交且在相交处连通、另一端分别向四周张开的缸筒，各缸筒内分别轴向滑动装配有外活塞和内活塞，各外活塞与外端壁以及两者之间的筒壁配合分别形成外腔，各内活塞与外活塞以及两者之间的筒壁配合分别形成中腔，各内活塞与四者之间的筒壁配合形成内腔，各缸筒上分别开设有外端口以及内端口，各缸筒上的外端口和内端口均相互连通，且各外活塞上分别连有连杆机构。当机器人的一个腿部抬起时，使平衡装置的重心向随着腿部抬起向机器人的另外三条腿部处发生偏移，从而使机器人的重心下移，起到调节重心的作用，防止机器人倾倒。

Description

机器人平衡装置及使用该装置的轮腿机器人
技术领域
本发明涉及一种腿式运动的机器人，具体涉及轮腿机器人腿式运动的平衡装置，属机器人技术领域。
背景技术
机器人根据在地面上的运动方式可以分为腿式机器人和轮式机器人，腿式机器人依靠腿式运动实现在平坦地面以及崎岖地面上行走，优点是可跨越沟壑，上下台阶，缺点是较难实现其稳定步态规划和稳定平衡控制，运动速度与能量的利用效率较低。轮式机器人优点是，自动操作简单，动作稳定，特别适合在平坦的地面上运动，有更大的运动速度和能量利用效率，是目前广泛使用的一类机器人，但是与腿式机器人相比，其对地形的适应性较差，很少可以跨越高度和爬楼梯。
随着社会的不断发展，为解决复杂的路面行走问题，设计了方便、快速的轮腿变换的机器人，集成了轮式机器人和腿式机器人各自的优点，同时，也弥补了轮式机器人和腿式机器人各自的缺点，具有各取所长，相互弥补的特点，如申请号为201110089738.6的中国专利公开了一种轮腿机器人，机架上设置有四条结构相同的具有轮、足两用功能的腿，通过改变轮子的水平状态或竖直状态，可以实现轮腿机器人的腿式运动和轮式运动。但是轮腿机器人只有在转变成轮式运动时才能实现稳定步态规划和稳定平衡控制，还是没有根本上解决在腿式运动时的稳定步态和稳定平衡问题，因此和腿式机器人一样，轮腿机器人在腿部运动过程中，当一条腿抬起时，若抬起过高，由于重心没有发生变化，受重心影响容易发生倾斜。
发明内容
本发明的目的是提供一种在机器人腿部运动时能够调节机器人重心的平衡装置，同时提供了使用该平衡装置的轮腿机器人。
本发明的机器人平衡装置采用如下技术方案：一种机器人平衡装置，包括四根一端相交且在相交处连通、另一端分别向四周张开的缸筒，各缸筒内分别轴向滑动装配有间隔设置的外活塞和内活塞，各外活塞与各自对应缸筒的外端壁以及两者之间的筒壁配合分别形成用于容纳小密度液压油的外腔，各内活塞与各自对应的外活塞以及两者之间的筒壁配合分别形成用于容纳小密度液压油的中腔，各内活塞与四者之间的筒壁配合形成用于容纳钢珠和大密度液压油的内腔，各缸筒上分别开设有与各自对应的外腔连通的外端口以及当各自对应的外活塞位于外侧时与各自对应的中腔连通、后移至内侧时与各自对应的外腔连通的内端口，各缸筒上的外端口和内端口均相互连通，且各外活塞上分别连有用于与机器人各腿部传动连接的在腿部抬起时驱动各自对应的外活塞内移的连杆机构。
所述缸筒分别向四周水平张开，相邻的两根缸筒相互垂直。
所述缸筒长度均相等，各外端口与各自对应缸筒的外端距离相等，各内端口与各自对应缸筒外端距离相等。
本发明的轮腿机器人采用如下技术方案：一种轮腿机器人，包括机架以及安装在机架上的四个轮腿，所述机架上设有平衡装置，所述平衡装置包括四根一端相交且在相交处连通、另一端分别向四周张开的缸筒，各缸筒内分别轴向滑动装配有间隔设置的外活塞和内活塞，各外活塞与各自对应缸筒的外端壁以及两者之间的筒壁配合分别形成用于容纳小密度液压油的外腔，各内活塞与各自对应的外活塞以及两者之间的筒壁配合分别形成用于容纳小密度液压油的中腔，各内活塞与四者之间的筒壁配合形成用于容纳钢珠和大密度液压油的内腔，各缸筒上分别开设有与各自对应的外腔连通的外端口以及当各自对应的外活塞位于外侧时与各自对应的中腔连通、后移至内侧时与各自对应的外腔连通的内端口，各缸筒上的外端口和内端口均相互连通，且各外活塞上分别连有与机器人各轮腿传动连接的在轮腿抬起时驱动各自对应的外活塞内移的连杆机构。
所述缸筒分别向四周水平张开，相邻的两根缸筒相互垂直。
所述缸筒长度均相等，各外端口与各自对应缸筒的外端距离相等，各内端口与各自对应缸筒外端距离相等。
采用上述结构的机器人平衡装置及使用该平衡装置的机器人，由于平衡装置的四根缸筒的一端相交且在相交处相互连通、另一端分别向四周张开，使各缸筒形成一个整体，方便平衡装置在机器人上安装；各缸筒内分别轴向滑动装配有外活塞和内活塞，各外活塞与各自对应缸筒外端壁以及两者之间的筒壁配合形成填装小密度液压油的外腔，外活塞与内活塞以及两者之间的筒壁配合分别形成填装小密度液压油的中腔，各内活塞与四者之间的筒壁配合形成填装刚装和大密度液压油的内腔，内腔内的钢珠和大密度液压油可以影响重心的位置，另外，缸筒上开设有与各外腔连通的外端口以及当外活塞位于外侧时与中腔连通、内移至内侧时与外腔连通的内端口，而且内、外端口均相互连通，当其中一个外活塞滑过对应的内端口内移时，可以使其他三处的中腔内液压油进入移动外活塞对应的外腔内，从而使钢珠和大密度液压油偏向其他三处缸筒内，进而使重心发生偏移，同时其他三处的外活塞并不受影响；由于各外活塞上分别连有与机器人的各腿部传动连接的连杆机构，当机器人的一个腿部抬起时，该腿部对应的连杆机构推动对应的外活塞运动，使平衡装置的重心向随着腿部抬起向机器人的另外三条腿部处发生偏移，同时也不影响另外三条腿部，从而使机器人的重心下移，起到调节重心的作用，防止机器人倾倒。
附图说明
图1 为本发明的机器人平衡装置的实施例结构示意图。
具体实施方式
本发明的机器人平衡装置的实施例：如图1所示，包括四根一端相交且在相交处连通、另一端向四周水平张开的缸筒2，相邻的两根缸筒2相互垂直形成十字交叉状态，各缸筒2内分别轴向滑动装配有间隔设置的外活塞3和内活塞6，这样使各外活塞3与各自对应的缸筒2外端壁以及两者之间的筒壁配合分别形成四个外腔，外活塞3与内活塞6以及两者之间的筒壁配合分别形成四个中腔，各内活塞6与四者之间的筒壁配合形成一个内腔，外腔、中腔和内腔均为密闭腔室，且各外活塞3上均连有连杆机构4。各缸筒2的筒壁上分别开设有与各自对应的外腔连通的外端口，相对的两个缸筒2上的外端口之间分别连有主导管7，两根主导管7交叉设置并在交叉处相互连通，各缸筒2的筒壁上位于外端口内侧还分别开设有内端口，内端口与各自对应的主导管7之间连有支导管5，当外活塞3位于各自对应的内端口外侧时，内端口与各自对应的中腔连通，当外活塞3位于各自对应的内端口内侧时，内端口与各自对应的外腔连通。具体应用时，各连杆机构4分别与机器人的四条腿部传动连接，当有一条腿部抬起时，通过连杆机构4带动对应的外活塞3内移，连杆机构4为现有技术或通过现有技术可以实现，而外腔和中腔内均填装密度较小的液压油，内腔内填装钢珠以及密度较大的液压油，在机器人的各腿部均未抬起时，各外活塞3均位于各自对应内端口的外侧，整个平衡装置处于稳定状态。
为了使平衡装置在处于稳定状态时的重心位于各缸筒2的相交处，所述各缸筒2的长度均相等，且各外端口、各内端口与各自缸筒2的外端距离也相等。
上述实施例具体应用在腿式运动的机器人上时，平衡装置水平放置，机器人的任何一条腿部都没有抬起时，平衡装置的重心位于各缸筒2的相交处。为了方便描述，四个缸筒2的位置分别为A、B、C、D，当A处腿部抬起，A处连杆机构推动对A处外活塞内移，当A处外活塞滑过A处内端口时，A处内端口与A处的外腔连通，进而推动A处内活塞内移，此时B、C、D处的内活塞分别外移，同时 B、C、D处中腔内的液压油通过支导管和主导管流入A处外腔内而不推动B、C、D处的外活塞，从而不影响B、C、D处的腿部位置，这使内部腔室内的液压油和钢珠流向B、C、D处的缸筒内，进而使平衡装置的重心偏向B、C、D处，同时也使机器人的重心发生偏移。当A处腿部放下时，A处外活塞回到初始点，A处外腔内的液压油流向B、C、D处中腔内，使B、C、D处的内活塞回到初始点，进而使内腔内的液压油和钢珠恢复到初始位置，重心恢复。同样，机器人任何一条腿抬起时，本装置都可起到调节重心的作用。
上述实施例中，四根缸筒2向四周水平张开，且相邻的两根缸筒相互垂直设置，在其它实施例中，四根缸筒也可以沿锥面分布，当然相邻的两根缸筒也不需要垂直，并不影响缸筒内的液压油流动，因此也能实现重心偏移。
本发明的轮腿机器人的实施例：包括机架以及安装在机架上的四条轮腿，机架上还设有平衡装置，平衡装置的结构如图1所示，与上述实施例中的平衡装置结构一致，其内容在此不再赘述。

Claims (6)

1.一种机器人平衡装置，其特征在于：包括四根一端相交且在相交处连通、另一端分别向四周张开的缸筒，各缸筒内分别轴向滑动装配有间隔设置的外活塞和内活塞，各外活塞与各自对应缸筒的外端壁以及两者之间的筒壁配合分别形成用于容纳小密度液压油的外腔，各内活塞与各自对应的外活塞以及两者之间的筒壁配合分别形成用于容纳小密度液压油的中腔，各内活塞与四者之间的筒壁配合形成用于容纳钢珠和大密度液压油的内腔，各缸筒上分别开设有与各自对应的外腔连通的外端口以及当各自对应的外活塞位于外侧时与各自对应的中腔连通、后移至内侧时与各自对应的外腔连通的内端口，各缸筒上的外端口和内端口均相互连通，且各外活塞上分别连有用于与机器人各腿部传动连接的在腿部抬起时驱动各自对应的外活塞内移的连杆机构。
2.根据权利要求1所述的机器人平衡装置，其特征在于：所述缸筒分别向四周水平张开，相邻的两根缸筒相互垂直。
3.根据权利要求1或2所述的机器人平衡装置，其特征在于：所述缸筒长度均相等，各外端口与各自对应缸筒的外端距离相等，各内端口与各自对应缸筒外端距离相等。
4.一种轮腿机器人，包括机架以及安装在机架上的四个轮腿，其特征在于：所述机架上设有平衡装置，所述平衡装置包括四根一端相交且在相交处连通、另一端分别向四周张开的缸筒，各缸筒内分别轴向滑动装配有间隔设置的外活塞和内活塞，各外活塞与各自对应缸筒的外端壁以及两者之间的筒壁配合分别形成用于容纳小密度液压油的外腔，各内活塞与各自对应的外活塞以及两者之间的筒壁配合分别形成用于容纳小密度液压油的中腔，各内活塞与四者之间的筒壁配合形成用于容纳钢珠和大密度液压油的内腔，各缸筒上分别开设有与各自对应的外腔连通的外端口以及当各自对应的外活塞位于外侧时与各自对应的中腔连通、后移至内侧时与各自对应的外腔连通的内端口，各缸筒上的外端口和内端口均相互连通，且各外活塞上分别连有与机器人各轮腿传动连接的在轮腿抬起时驱动各自对应的外活塞内移的连杆机构。
5.根据权利要求4所述的轮腿机器人，其特征在于：所述缸筒分别向四周水平张开，相邻的两根缸筒相互垂直。
6.根据权利要求4或5所述的轮腿机器人，其特征在于：所述缸筒长度均相等，各外端口与各自对应缸筒的外端距离相等，各内端口与各自对应缸筒外端距离相等。
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