CN108145749A - 仿生机器人稳定装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿生机器人稳定装置，检测控制装置以及陀螺机构，陀螺机构包括：转动轴和旋转件；检测控制装置用于进行如下的操作：检测本体的运动偏差；如果检测到本体发生运动偏差时，则控制转动轴旋转；通过转动轴旋转带动旋转件转动产生第一陀螺力矩，第一陀螺力矩用于纠正运动偏差。解决了应用效果不佳、局限性大，影响机器人通过性，以及纠偏能力弱的问题；并且大大提升纠偏精度；同时在出现任意角度或加速度的情况下，持续进行纠偏，纠偏能力得到加强。系统包括：机器人本体和至少两个仿生机器人稳定装置，还具有以下有益效果：通过多组稳定装置实现机器人在任意方向上均能保持稳定，大大提升了机器人运行时的纠偏能力。

Description

仿生机器人稳定装置及系统

技术领域

本发明涉及仿生机器人领域，具体涉及一种仿生机器人稳定装置及系统。

背景技术

随着科学技术的发展，以及智能化程度的不断提升，仿生机器人领域也得到了空前的发展。人们通过机器语言模拟人体神经网络，并结合机械器具，使机器人初步具备了人类的行为、思想和判断能力，从而可以进入各个行业以替代人类活动。

目前，仿生机器人在科研、商业、家庭生活中的应用逐渐广泛，机器人应用场景的复杂程度较高。仿生机器人在应用过程中可能因为外力碰撞、紧急制动等原因导致机身晃动甚至翻倒，对机器人自身及周边人员造成伤害。

现有的技术中，主要通过以下稳定装置解决稳定性差的问题：降低机器人重心，这种方法可以在一定程度上提高机器人的稳定性，缺陷是对于小底盘机器人应用效果不佳；增加底盘面积，底盘面积大于机身水平截面积以提高稳定性，缺陷是影响机器人外观，降低了机器人的通过性；采用辅助支撑增加机器人稳定性，缺陷是结构复杂，需要提供额外的动力，应用有局限性。

针对相关技术中仿生机器人稳定性较差的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种仿生机器人稳定装置及系统，以解决现有技术中的稳定装置应用效果不佳、局限性大，影响机器人通过性，以及纠偏能力弱的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供了一种仿生机器人稳定装置，包括本体，所述本体包括：检测控制装置以及陀螺机构，所述检测控制装置与陀螺机构连接，所述陀螺机构包括：转动轴和旋转件，所述转动轴与所述旋转件连接；

所述检测控制装置用于进行如下的操作：

检测所述本体的运动偏差；

如果检测到所述本体发生运动偏差时，则控制所述转动轴旋转；

通过转动轴旋转带动所述旋转件转动产生第一陀螺力矩，所述第一陀螺力矩用于纠正所述运动偏差。

上述仿生机器人稳定装置，所述检控装置包括：检测控制器，以及与所述检测控制器相连的控制电机，

所述检测控制器，用以检测所述本体的加速度和角度，并根据所述加速度和角度进行是否出现所述本体的运动偏差的判断；

所述控制电机，用以在判断出现所述本体的运动偏差时，控制所述转动轴旋转。

上述仿生机器人稳定装置，所述转动轴包括：与所述控制电机连接的主动轴，以及跟随所述旋转件的转动而旋转的从动轴。

上述仿生机器人稳定装置，所述旋转件包括：密封的陀螺室，与所述陀螺室相连的飞轮，以及与所述飞轮相连的驱动电机，

通过所述驱动电机驱动所述飞轮旋转，进而产生纠正所述旋转件的运动偏差的第二陀螺力矩。

上述仿生机器人稳定装置，所述飞轮包括：与所述驱动电机相连的飞轮轴，以及与所述飞轮轴一体成型的飞轮片，通过所述飞轮片产生所述第二陀螺力矩。

上述仿生机器人稳定装置，所述陀螺室包括：用以设置所述飞轮的第一腔体，和用以设置所述驱动电机的第二腔体，

所述第一腔体上可拆卸的设置有顶盖，

所述第二腔体上可拆卸的设置有底盖。

上述仿生机器人稳定装置，所述本体还包括：外壳，所述外壳内设有用以固定陀螺机构、控制电机的支撑板，所述外壳上还设有与机器人本体的底盘相连的固定件。

上述仿生机器人稳定装置，所述转动轴与外壳之间具有用以设置轴承的第一轴承间隙。

上述仿生机器人稳定装置，所述旋转件中的飞轮轴与陀螺室之间具有用以设置轴承的第二轴承间隙。

本发明提供的仿生机器人稳定装置，具有以下有益效果：可以通过陀螺机构的转动生成恰好能纠正运动偏差的第一陀螺力矩，大大提升纠偏精度；实现不受硬件条件的影响，能够在出现任意角度或加速度的情况下，持续进行纠偏，纠偏能力得到大幅度的加强；适应于任意大小的机器人，应用效果良好；并且不会影响机器人外观，进而通过性不会受影响；同时结构简单，应用广泛。

本发明还提供了一种仿生机器人稳定系统，包括机器人本体，还包括：所述的仿生机器人稳定装置，所述稳定装置至少为旋转方向相反的两个，通过至少两个所述稳定装置产生第一陀螺力矩，以纠正所述机器人本体在各个方向上的运动偏差。还具有以下有益效果：通过多组仿生机器人稳定装置实现不同方向的纠偏，进而通过全方位的纠偏实现机器人的稳定运行，保证了机器人在任意角度、加速度以及任意方向上均能保持稳定，大大提升了机器人运行时的纠偏能力。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的仿生机器人稳定装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的仿生机器人稳定装置的状态示意图；

图3为本发明实施例提供的仿生机器人稳定系统的结构示意图。

附图标记说明：

1、本体；2、检控装置；21、检测控制器；22、控制电机；3、陀螺机构；31、转动轴；311、主动轴；312、从动轴；32、旋转件；321、陀螺室；3211、第一腔体；3212、第二腔体；3213、顶盖；3214、底盖；322、飞轮；3221、飞轮轴；3222、飞轮片；323、驱动电机；4、外壳；41、支撑板；5、机器人本体；6、第一轴承间隙；7、第二轴承间隙；8、轴承。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1-2所示，为本发明提供了一种仿生机器人稳定装置，包括本体1，所述本体 1包括：检测控制装置以及陀螺机构3，所述检测控制装置与陀螺机构3连接，所述陀螺机构3包括：转动轴31和旋转件32，所述转动轴31与所述旋转件32连接；所述检测控制装置用于进行如下的操作：检测所述本体1的运动偏差；如果检测到所述本体1 发生运动偏差时，则控制所述转动轴31旋转；通过转动轴31旋转带动所述旋转件32 转动产生第一陀螺力矩，所述第一陀螺力矩用于纠正所述运动偏差。

具体的，检控装置2是指可以检测本体1的运动状态，且据其进行相应的控制的设备；作为本实施例中优选的，所述检控装置2包括：检测控制器21，以及与所述检测控制器21相连的控制电机22，所述检测控制器21，用以检测所述本体1的加速度和角度，并根据所述加速度和角度进行是否出现所述本体1的运动偏差的判断；所述控制电机22，用以在判断出现所述本体1的运动偏差时，控制所述转动轴31旋转。通过检测控制器21对本发明中的稳定装置的向前、向后、向左、向右的倾斜进行检测，倾斜速度的快慢可以通过加速度来描述，是否出现翻转的可能可以通过倾斜的角度来描述，当角度和/或加速度大于设定的角度或加速度阈值时，判断为出现运动偏差，则通过检测控制器21控制该控制电机22驱动陀螺机构3运动加以纠正，使其恢复平稳；进一步的，检测控制器21，还用以对检测得到的角度大小、加速度大小的值进行分析，并根据分析结果生成相应的控制指令，对控制电机22的转速大小进行精确的控制，从而可以通过陀螺机构3的转动生成恰好能纠正运动偏差的第一陀螺力矩，大大提升纠偏精度；更进一步的，检测控制器21包括：检测得到加速度和角度这两个参数的轴加速度传感器，可以较为精确的检测得到上述参数。陀螺机构3是指受检测控制器21中的控制电机22驱动而旋转，并产生第一陀螺力矩以纠正运动偏差的机械结构；当驱动电机323受控制旋转，带动转动轴31转动，进而使与转动轴31相连的旋转件32也跟随其转动，产生与运动偏差中的运动方向相反的第一陀螺力矩；在一些情形下，角度或加速度过大，现有技术中的支撑机构、大面积底盘、降低重心等方式，是无法实现纠偏，进而保持运行稳定的，通过陀螺机构3转动产生第一陀螺力矩，实现不受硬件条件的影响，能够在出现任意角度或加速度的情况下，持续进行纠偏，纠偏能力得到大幅度的加强。

在使用本装置时，仅需要通过连接件，将其固定于需要保持行驶平稳的设备上即可通过其实现纠偏，进而保证行驶的稳定性。比如，出现行驶的路面不平、路面有杂物等现象，会导致的该设备晃动，纠偏后能够提高其行驶稳定性，减少其内部电器元件的损坏；出现即将发生翻到等急剧形态变化时，可通过纠偏提供较大的瞬时反向陀螺力矩，即使纠正设备体态；在发生意外掉落等悬空状态时，通过纠偏以接近正常姿态落地，减少设备外部器件的损坏；该设备为仿生机器人。从而不仅提升了对机器人的纠偏能力，而且适应于任意大小的机器人，应用效果良好；并且不会影响机器人外观，进而通过性不会受影响；同时结构简单，应用广泛。

作为本实施例中优选的，所述转动轴31包括：与所述控制电机22连接的主动轴311，以及跟随所述旋转件32的转动而旋转的从动轴312。主动轴311固定于旋转件 32，和控制电机22的转头上，从而在电极旋转时，可以带动主动轴311和旋转件32 转动，而且从动轴312固定于旋转件32，进而从动轴312可以在转动孔中同步的转动；实现了控制电机22驱动旋转件32转动。

作为本实施例中优选的，所述旋转件32包括：密封的陀螺室321，与所述陀螺室321相连的飞轮322，以及与所述飞轮322相连的驱动电机323，通过所述驱动电机323 驱动所述飞轮322旋转，进而产生纠正所述旋转件32的运动偏差的第二陀螺力矩。陀螺室321为密封的，为内部的飞轮322、驱动电机323提供封闭的环境，避免外界干扰，减少能量损失，保证设备安全；驱动电机323在旋转件32转动后，即进入工作状态，为飞轮322的转动提供动力；飞轮322采用金属制作，具有较大的转动惯量，高速运转下可产生足够的第二陀螺力矩，对本装置出现的运动偏差进行纠正，进而保证本装置的运行稳定性。

作为本实施例中优选的，所述飞轮322包括：与所述驱动电机323相连的飞轮轴3221，以及与所述飞轮轴3221一体成型的飞轮片3222，通过所述飞轮片3222产生所述第二陀螺力矩；驱动电机323带动飞轮轴3221旋转，进而能够带动与其一体成型的飞轮片3222转动产生第二陀螺力矩；进一步的，所述陀螺室321包括：用以设置所述飞轮322的第一腔体3211，和用以设置所述驱动电机323的第二腔体3212，所述第一腔体3211上可拆卸的设置有顶盖3213，所述第二腔体3212上可拆卸的设置有底盖3214。飞轮轴3221的两端分别转动连接于第一腔体3211的内壁和第二腔体3212的外壁上，在该外壁上的飞轮轴3221与驱动电机323相连，从而能够驱动飞轮322的转动；顶盖 3213、底盖3214的可拆卸，可以在内部器件出现损坏影响正常工作的情况下，打开顶盖3213或底盖3214进行更换或维修，进而为人员提供了便利。

作为本实施例中优选的，所述本体1还包括：外壳4，所述外壳4内设有用以固定陀螺机构3、控制电机22的支撑板41，所述外壳4上还设有与机器人本体51的底盘相连的固定件。在陀螺机构3和控制电机22外再设有外壳4，以起到设备保护作用；外壳4上设有支撑板41，用以支撑陀螺机构3悬空在外壳4中；通过固定件实现与机器人本体51的底盘的连接，从而可以将本装置安装于任意机器人上。进一步的，固定件为若干小型吸盘，吸附于机器人上；也可以为螺纹紧固件，与机器人上的螺孔配合固定，也可以为现有技术中的其他固定连接方式。

作为本实施例中优选的，所述转动轴31与外壳4之间具有用以设置轴承的第一轴承间隙7。作为本实施例中优选的，所述旋转件32中的飞轮轴3221与陀螺室321之间具有用以设置轴承的第二轴承间隙8。通过设置轴承间隙，可以在上述两转轴端点所在的位置处设置轴承，进而起到支撑和润滑作用，保证旋转误差的大幅度减小，进而保证纠偏的精度；进一步的，轴承采用高速耐高温轴承，具有长时间连续高速运转下性能无衰减，保证飞轮322的正常运转的效果，进而敢保证纠偏的精度。

如图3所示，为本发明还提供的一种仿生机器人稳定系统，包括机器人本体51，还包括：所述的仿生机器人稳定装置，所述稳定装置至少为旋转方向相反的两个，通过至少两个所述稳定装置产生第一陀螺力矩，以纠正所述机器人本体51在各个方向上的运动偏差。具体的，根据实际需要可同时安装一组(两个)或者多组仿生机器人稳定装置，各组稳定装置之间相互不受影响。如果采用一组陀螺稳定器同向放置水平放置，旋转轴垂直于水平面，两个稳定装置旋转轴旋向相反的安装方式，可有效控制机器人本体51单一方向的稳定性；如果想要控制机器人另一垂直方向的稳定性，可增加与第一组安装方向垂直的第二组稳定装置，两组稳定装置分别控制机器人本体51两个方向的稳定性。当机器人在外力撞击、紧急制动等情况下发生翻转时，稳定装置随机器人本体51倾斜，由于陀螺效应的存在，稳定装置将产生与翻转力矩相反的陀螺力矩，抑制机器人本体51的翻转动作，保持机器人本体51的稳定性。

本发明实施例提供的一种仿生机器人稳定系统，还具有以下有益效果：通过多组仿生机器人稳定装置实现不同方向的纠偏，进而通过全方位的纠偏实现机器人的稳定运行，并且保证了机器人在任意角度、加速度以及任意方向上均能保持稳定，大大提升了机器人运行时的纠偏能力。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (10)

1.一种仿生机器人稳定装置，包括本体，其特征在于，所述本体包括：检测控制装置以及陀螺机构，所述检测控制装置与陀螺机构连接，所述陀螺机构包括：转动轴和旋转件，所述转动轴与所述旋转件连接；

所述检测控制装置用于进行如下的操作：

检测所述本体的运动偏差；

如果检测到所述本体发生运动偏差时，则控制所述转动轴旋转；

通过转动轴旋转带动所述旋转件转动产生第一陀螺力矩，所述第一陀螺力矩用于纠正所述运动偏差。

2.根据权利要求1所述的仿生机器人稳定装置，其特征在于，所述检控装置包括：检测控制器，以及与所述检测控制器相连的控制电机，

所述检测控制器，用以检测所述本体的加速度和角度，并根据所述加速度和角度进行是否出现所述本体的运动偏差的判断；

所述控制电机，用以在判断出现所述本体的运动偏差时，控制所述转动轴旋转。

3.根据权利要求2所述的仿生机器人稳定装置，其特征在于，所述转动轴包括：与所述控制电机连接的主动轴，以及跟随所述旋转件的转动而旋转的从动轴。

4.根据权利要求1所述的仿生机器人稳定装置，其特征在于，所述旋转件包括：密封的陀螺室，与所述陀螺室相连的飞轮，以及与所述飞轮相连的驱动电机，

通过所述驱动电机驱动所述飞轮旋转，进而产生纠正所述旋转件的运动偏差的第二陀螺力矩。

5.根据权利要求4所述的仿生机器人稳定装置，其特征在于，所述飞轮包括：与所述驱动电机相连的飞轮轴，以及与所述飞轮轴一体成型的飞轮片，通过所述飞轮片产生所述第二陀螺力矩。

6.根据权利要求4所述的仿生机器人稳定装置，其特征在于，所述陀螺室包括：用以设置所述飞轮的第一腔体，和用以设置所述驱动电机的第二腔体，

所述第一腔体上可拆卸的设置有顶盖，

所述第二腔体上可拆卸的设置有底盖。

7.根据权利要求1-6任一所述的仿生机器人稳定装置，其特征在于，所述本体还包括：外壳，所述外壳内设有用以固定陀螺机构、控制电机的支撑板，所述外壳上还设有与机器人本体的底盘相连的固定件。

8.根据权利要求1-6任一所述的仿生机器人稳定装置，其特征在于，所述转动轴与外壳之间具有用以设置轴承的第一轴承间隙。

9.根据权利要求1-6任一所述的仿生机器人稳定装置，其特征在于，所述旋转件中的飞轮轴与陀螺室之间具有用以设置轴承的第二轴承间隙。

10.一种仿生机器人稳定系统，包括机器人本体，其特征在于，还包括：权利要求1-9所述的仿生机器人稳定装置，

所述稳定装置至少为旋转方向相反的两个，通过至少两个所述稳定装置产生第一陀螺力矩，以纠正所述机器人本体在各个方向上的运动偏差。