CN108367429A - 机动化仿人机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机动化仿人机器人(50)，其具有沿处于参考位置中的参考轴线(12)延伸的定位轴线(11)并且能够在水平面(13)上移动，该机器人包括与水平面(13)接触的第一轮(14)和第二轮(15)。根据本发明，该机器人(50)包括具有翘曲表面(18)的底座(17)，该翘曲表面(18)在穿过轮(14、15)的中心的竖直平面中、在轮(14、15)中的每一个的任一侧上延伸，该翘曲表面(18)能够在该翘曲表面(18)的任何点处形成与水平面(13)接触的第一接触点，从而对于任何第一接触点限定出旋转中心(O)，并且机器人(50)被以下列方式进行构造，即，使得机器人(50)的旋转中心(O)和重心(G)是偏移的，以产生趋向于使机器人(50)从其中该机器人的定位轴线(11)与参考轴线(12)形成非零角度(20)的任何位置返回到参考位置的扭矩。

Description

机动化仿人机器人

技术领域

本发明涉及一种机动化仿人机器人，该机动化仿人机器人可具体在专业环境中或在家庭环境中具有与儿童进行交互作用的可能性。

背景技术

仿人机器人应被理解为一种呈现出与人体的相似性的机器人。它可以是身体的顶部，或仅是一种以可被比作人手的夹具为端部的铰接臂。在本发明中，机器人身体的顶部类似于人体躯干的顶部。仿人机器人可能是多少有些复杂的。它可以静态地及动态地控制自身的平衡，并且可能地在三维中以两个肢体行走，或者简单地在底座上滚动。它可以从环境收集信号(听觉、视觉、触觉等)，并根据一个或多个多少有些复杂的行为做出反应，并通过语音或通过手势与其它机器人或人类进行交互作用。对于当代仿人机器人，程序员能够创建多少有些复杂的场景，例如用于机器人的事件序列和/或由机器人执行的动作。这些动作可取决于与机器人进行交互作用的人们的某些行为。

对于任何机动车辆，并且因此也对于能够移动的机器人，考虑机动车辆及其环境元件的安全性是非常重要的。机器人及其环境元件的安全性具体涉及避免机器人跌倒，即使它被倾翻，也并不损坏机器人和/或其环境中的任何元件。同样，所期望的是，机器人并不掉落到儿童的身上。同样有必要防止存在当与机器人接触时引起痛苦的任何风险。例如，如果人与机器人接触，且即使人与机器人的某些肢体进行交互作用，也有必要避免使人(例如人的手指)被挤夹在机器人的臂的下方。最后，理论上合乎需要的是尽可能廉价地解决这些安全标准。

对于意在为可移动的任何机动机器人，在其设计过程中，存在如何实现机动性的问题。存在具有类似于双腿的两个肢体的仿人机器人。该解决方案实施起来是非常复杂的并且涉及相当大的成本。此外，由于这种机器人易于不平衡且如果它倾倒或翻转就会跌落，并且保持在地面上，而并不一定具有再次起来的能力，因此该解决方案从安全角度上来看并不令人满意。也存在其机动性通过一种包括三个轮的基座加以确保的仿人机器人。在静态阶段中自然稳定的该解决方案是相当昂贵的，并且并未排除在动态阶段期间跌落的风险，这是由于所投影的质心可能暂时离开支撑三角形。也存在一种具有包括两个轮的基座的机动性解决方案，这两个轮基于倒立摆的原理彼此面对。该解决方案提供了与三轮的解决方案相比成本低的优点，但绝对不安全。事实上，在控制构件或主动稳定算法出现故障的情况下，具有这种机动性解决方案的机器人可能跌落、受损并且可能伤害位于其环境中的人。最后，存在于地面上具有单个接触点的系统，这些系统同样基于倒立摆的原理通过球摩擦(球虫(ballbot)型机器人)在三个轴上加以驱动。出于与前述情况相同的原因，在控制构件或主动稳定算法故障的情况下，具有这种机动性解决方案的机器人可跌落、受损并且可能伤害位于其环境中的人。专利申请FR2820985描述了一种具有自发恢复的交互作用式移动玩具，但其彼此面对的两个轮的构造并未解决阻尼碰撞的问题。事实上，在前后运动中确保了该自发恢复，但侧向倾倒会使其跌落，在这种情况下，该玩具并不能直接地恢复。一旦倾斜到一侧，该玩具就略微滚动，以呈现在其背部上伸展开的位置，从而允许其恢复。其结果是，一旦侧向碰撞，机器人就无法阻尼该碰撞。在侧向碰撞而与物体发生碰撞时，物体受到冲击作用，这是由于这种玩具并不能均匀且连续地倾斜，以使由该物体感知到的力最小化。

发明内容

本发明旨在通过提议一种具有特定形式和重量分布的防挤夹机动化仿人机器人，克服上述问题中的全部或部分，该机器人使得无论被施加在其上的倾斜角度如何以及无论机器人的倾斜方向如何，它都能自发地恢复。

为此，本发明的主题是一种机动化仿人机器人，其具有沿处于参考位置中的参考轴线延伸的定位轴线并且能够在水平面上移动，该机器人包括：

·与水平面接触的第一轮和第二轮，该第一轮具有第一中心并且该第二轮具有第二中心，

·动力化单元，其意在旋转地驱动第一轮和第二轮，使得该机器人在水平面上移动；

其特征在于，机器人包括具有翘曲表面的底座，该翘曲表面在穿过第一轮的第一中心和第二轮的第二中心的竖直平面中、在第一轮和第二轮中的每一个的任一侧上延伸，翘曲表面能够在该翘曲表面的任何点处形成与水平面接触的第一接触点，从而对于任何第一接触点限定旋转中心，并且机器人被以下列方式进行构造，即，使得机器人的旋转中心和重心是偏移的，以产生趋向于使机器人从其中该机器人的定位轴线与参考轴线形成非零角度的任何位置返回到参考位置的扭矩。

根据一个实施例，第一轮具有第一滚动表面并且第二轮具有第二滚动表面，底座基本上为具有中心O的椭球形，第一滚动表面与底座的第一截面的周长基本重合，并且第二滚动表面与底座的第二截面的周长基本重合，第一滚动表面和第二滚动表面从底座凸出，使得机器人具有大于或等于零的离地间隙。

有利地，翘曲表面和滚动表面被构造成，在翘曲表面的任何点处，允许机器人通过沿翘曲表面上的最短路径而行，从其中，该机器人的定位轴线与参考轴线形成非零角度的任何位置返回到参考位置。

根据另一实施例，第一轮在第二接触点与水平面接触并具有与第二接触点完全相反的第一外点，并且第二轮在第三接触点处与水平面接触并具有与第三接触点完全相反的第二外点，第二接触点和第三接触点之间的距离小于第一外点和第二外点之间的距离。

根据另一实施例，机器人包括被定位在底座上的顶部部分和将顶部部分连结到底座的第一铰接件，并且第一铰接件在相对于底座围绕定位轴线的旋转中具有至少一个自由度。

有利地，机器人包括至少一个上肢和将该至少一个上肢连结到顶部部分的第二铰接件，并且第二铰接件在相对于顶部部分的旋转中具有至少一个自由度。

有利地，顶部部分包括：

·胸部，第一铰接件将胸部连结到底座，

·头部和将头部连结到胸部的第三铰接件，并且第三铰接件在相对于胸部围绕定位轴线的旋转中具有一个自由度。

有利地，第二铰接件将至少一个上肢连结到胸部，并且第二铰接件在相对于胸部的旋转中具有至少一个自由度。

根据另一实施例，动力化单元被构造成以差动方式驱动第一轮和第二轮。

根据另一实施例，机器人包括意在使机器人的重心在底座内移动的机动化配重。

有利地，至少一个上肢包括能够面对底座或顶部部分的柔性区域。

根据另一实施例，机器人被构造成，使第一轮沿穿过第一轮的直径的轴线平移，并且使第二轮沿穿过第二轮的直径的轴线平移。

附图说明

通过阅读对经由示例给出的实施例做出的详细说明，将更好地理解本发明并且其它优点将变得明显，该说明被通过附图示出，在附图中：

-图1a、图1b、图1c和图1d示意性地示出了根据本发明的仿人机器人的若干种可能的构造；

-图2a和图2b示意性地示出了用于根据本发明的仿人机器人的椭圆形底座的若干种可能的构造；

-图3示出了从前面看到的根据本发明的仿人机器人；

-图4示意性地示出了根据本发明的仿人机器人的侧向运动；

-图5示意性地示出了根据本发明的仿人机器人的前后移动；

-图6突出显示了根据本发明的仿人机器人的处于易于挤夹的区域中的防挤夹特征；

-图7示出了根据本发明的仿人机器人改变其离地间隙的能力。

具体实施方式

为了清楚起见，相同元件将在不同的附图中具有相同的附图标记。

图1a、图1b、图1c和图1d示意性地示出了根据本发明的仿人机器人的若干种可能的构造。仿人机器人10是机动化的并且具有沿如图1a中所示的处于参考位置中的参考轴线12延伸的定位轴线11。机器人10能够在水平面13上移动，并且它包括：与水平面13相接触的第一轮14和第二轮15，第一轮14具有第一中心并且第二轮15具有第二中心；动力化单元16，其意在旋转地驱动第一轮14和第二轮15，使得机器人在该水平面上移动。根据本发明，机器人10包括具有翘曲表面18的底座17，该翘曲表面18在穿过第一轮14的第一中心和第二轮15的第二中心的竖直平面中、在第一轮14和第二轮15中的每一个的任一侧上延伸，翘曲表面18能够在该翘曲表面的任一点处形成与水平面13相接触的第一接触点19，从而对于任何第一接触点19限定旋转中心O，并且机器人10以这种方式被构造成，使得机器人10的旋转中心O和重心G是偏移的，以便产生趋向于使机器人10从其定位轴线11与参考轴线12(如图1b中所示)形成非零角度20的底座17周围的任何位置直接返回到参考位置的扭矩，该定位轴线11掠过角度20，直到它与参考轴线12重合为止。换句话说，机器人10可以倾斜，使得其定位轴线11处于一个锥形中，该锥形的顶点是底座17与水平面13之间的接触点，并且该锥形的锥底平行于水平面13。定位轴线11与参考轴线12之间的角度20可介于0°和90°之间，处于根据底座17的形式是可能的界限内。机器人10的定位轴线11例如可相对于参考轴线12倾斜45°。

换句话说，定位轴线11和参考轴线12形成一个平面，并且所产生的扭矩趋向于使机器人10从处于底座17周围360°的任何可能位置返回到参考位置12，定位轴线11在由这两条轴线形成的平面中移动，直到它与参考轴线12重合为止。

因此，当机器人10已经倾斜时，水平面13和机器人重量的反作用形成使机器人10返回到其参考位置的扭矩。该扭矩取决于机器人10的旋转中心O和重心G之间的距离，重心G总是位于水平面13与包含旋转中心O的平行于水平面13的平面之间。同样，该扭矩允许机器人10实现该机器人的自发恢复，无论机器人上已被施加的倾斜角度如何并且无论该机器人10已经被沿哪个方向倾斜均是如此。该恢复或返回到稳定的平衡位置仅仅是由于应用于固体物理学的重力的作用并且在任何情况下都不是主动的，也不是由算法驱动的机械作用的结果，并且因此在没有电子或计算干预的情况下发生，从而使该平台呈现出是内在稳定的。

如图1a、图1b、图1c中所示，轮14、15可彼此平行或不平行。图1d示出了底座17可具有任何形式的事实。本发明所需的一个条件是，底座17具有与水平面13形成接触点19的翘曲表面18，并且底座17在该接触点19处的旋转中心与机器人10的重心G之间的距离使得形成一种返回扭矩，也就是说，趋向于使机器人10从任何位置返回到其参考位置的扭矩。其结果是，机器人10例如可以向前或向后倾倒，也可以在任何方向中侧向倾倒。在这种情况下，机器人10处于所谓的倾斜位置。换句话说，其定位轴线11与竖直轴线12形成非零角度20，并且由于机器人10的重心G与旋转中心O之间相对于接触点19的局部偏移而产生的扭矩趋向于使机器人10返回到参考位置，也就是说，定位轴线11与参考轴线12重合。

应该注意的是，参考轴线12被表示为垂直于水平面13的轴线。本发明也适用于不垂直于水平面13的任何参考轴线12。事实上，根据机器人10的构造，将机器人10的重心G以下列方式定位是完全可能的，即，机器人10处于相对于参考位置中的竖直线处于倾斜位置中。该效果例如可以通过机器人10的形式和/或通过在机器人10的底座17中增加配重来获得。所述配重可有利地在该空间中被机动化，以动态地改变参考轴线的倾斜度。

还应注意的是，虽然本说明书谈到了机器人10在水平面13上的运动，但机器人10也能够在水平的或倾斜的任何平面上移动。

图2a和图2b示意性地表示用于根据本发明的仿人机器人的椭球形底座17的若干种可能的构造。第一轮14具有第一滚动表面24，并且第二轮15具有第二滚动表面25。在图2a和图2b中，底座17基本上为具有中心O的椭球体。第一滚动表面24与底座17的第一截面的周长基本重合，并且第二滚动表面25与底座17的第二截面的周长基本重合，第一滚动表面24和第二滚动表面25从底座17突出，使得机器人具有大于或等于零的离地间隙。该大致呈椭球形的底座17包括具有不仅像卵形体而且像扁球体的回转表面的任何底座。这种底座17提供了下列优点：允许机器人10在所有方向中且无论其定位轴线11与参考轴线12形成的角度如何，均具有与水平面13的接触点19以及与该接触点相关的旋转中心O，并且使得机器人10的旋转中心O和重心G偏移，以产生趋向于使机器人10从该位置返回到参考位置的扭矩。可以清楚地看出，在其定位轴线11和参考轴线12之间的角度可以达到90°，并且具有这种底座的根据本发明的机器人由于点O和G之间的偏移而自发地恢复。同样，如果其定位轴线11和参考轴线12之间的夹角超过90°，则只要滚动表面保持椭球形或扁球形，返回稳定的平衡位置就是可能的。

第一滚动表面24与底座17的第一截面的周长基本重合这一事实意味着第一轮14的外表面与底座17的在底座17的该点处的该表面基本相同。更具体地，滚动表面24在底座17的顶部部分上与底座17的表面具有连续性，如图2a中所示。换句话说，为了安全起见，滚动表面24和底座17之间不存在开放空间，例如以避免手指在轮14和底座17之间的任何挤夹。这同样适用于轮15和滚动表面25。在底座17的底部部分中，滚动表面24(如同滚动表面25一样)基本从底座17的轮廓延伸，以确保机器人10的某一离地间隙。因此，滚动表面24和25必须从底座17的底部部分延伸，以确保适当的离地间隙，也就是说，对应于底座17的底部部分在两个轮14、15之间的弯曲部分。此外，为了使机器人10不丧失其自然稳定性，滚动表面24和25并不从底座17的底部部分延伸得太远是明智的。事实上，如果机器人10具有其滚动表面24、25从底座17的底部部分延伸得太过明显的轮14、15，则简单的侧向碰撞就可能使其跌落，而没有返回到其参考位置的可能性。此外，轮14、15和滚动表面24、25被有利地构造，以并不妨碍机器人10的自发恢复。翘曲表面18和滚动表面24、25被构造成，在翘曲表面18的任何点处，允许机器人10通过沿翘曲表面18上的最短路径而行，从其定位轴线11与参考轴线12形成非零角度20的任何位置返回到参考位置。也就是说，无论角度20如何，在到参考轴线12周围360°的所有方向中，机器人10可从其倾斜位置自发地恢复到其参考位置。甚至是在侧向冲击之后，机器人10也通过超越轮14或15的隆起，沿翘曲表面18上的最短路径而行，直接恢复。

由于滚动表面24、25从底座17的底部部分延伸，并且它们在所有点处都处于底座17的轮廓之外，因此它们还可确保在与其环境的元件碰撞的情况下起到阻尼器的作用。例如，如果朝一个壁引导机器人10，滚动表面24、25首先与该壁接触并确保起到缓冲器功能。同样，这些滚动表面24和25首先与踏板(tread)接触，使得可以攀爬该踏板。随后可以对这些表面进行雕刻，以提高用于附着在踏板的边缘上的能力并因此提高机器人的横穿能力。

第一轮14在第二接触点34处与水平面13相接触并具有与第二接触点34完全相反的第一外点44，并且第二轮15在第三接触点35处与水平面13相接触并具有与第三接触点35完全相反的第二外点45。这里，考虑了圆形轮。本发明也适用于椭圆形轮的情况，在这种情况下，直径应该被理解为椭圆的一条轴线，并且完全相反的点应被理解为位于轮上的两个点，其轴线中的一条的一端各有一点。

有利地，第二接触点34和第三接触点35之间的距离小于第一外点44和第二外点45之间的距离。如图1b中所示，本发明也适用于第二接触点34和第三接触点35之间的距离大于第一外点44和第二外点45之间的距离的情况。然而，第二接触点34和第三接触点35之间的距离小于第一外点44和第二外点45之间的距离这一事实确保了在机器人10无论沿哪个方向：前向、后向或侧向倾倒之后返回到参考位置。

图3表示了从前面看到的根据本发明的仿人机器人50。该机动化仿人机器人50包括被定位在底座17上的顶部部分51和将顶部部分51连结到底座17的第一铰接件52。第一铰接件52在相对于底座17围绕定位轴线11的旋转中具有至少一个自由度。

根据本发明的机动化仿人机器人50包括至少一个上肢61及将上肢61连结到顶部部分51的第二铰接件62。第二铰接件62在相对于顶部部分51的旋转中具有至少一个自由度。第二铰接件62可允许可被看作臂的上肢61被设定在从沿底座17的基本竖直的位置到基本竖直位置(臂向前或向后延伸)或到竖直位置(臂向上延伸)的运动中。第二铰接件62也允许上肢61相对于顶部部分51旋转地移动，上肢61在包含定位轴线11和上肢61的平面中远离底座17延伸。第二铰接件62可在相对于顶部部分51的旋转中具有若干个自由度，在这种情况下，上肢61能够被设定在根据若干旋转的组合的运动中。

根据本发明的机器人50可包括第二上肢，乃至若干其它上肢。两个上肢的存在更有助于机器人50的仿人性质。

顶部部分51可包括胸部53。在这种情况下，第一铰接件52以下列方式将胸部53连结到底座17，即，使得胸部可相对于底座17围绕定位轴线11旋转地移动。顶部部分51还可包括头部54。在这种情况下，第三铰接件55将头部54连结到胸部53，并且第三铰接件55在相对于胸部53围绕定位轴线11的旋转中具有自由度。由此，头部54可相对于胸部53围绕定位轴线11旋转地移动，胸部53本身可相对于底座17围绕定位轴线11旋转地移动。

第二铰接件62可将上肢61连结到胸部53，并且在相对于胸部53的旋转中具有至少一个自由度。当它使用其由动力化单元16驱动的轮14、15来回移动时，该构造可例如允许机器人50使其胸部53旋转，使得其上肢61(或其多个上肢，如果存在两个的话，胸部53的每一侧上各有一个)被沿底座17定位在其前面(并且对于第二上肢被沿底座17定位在其后面)，以便减小其侧向体积并且允许机器人50能够在由下列距离间隔开的其环境的两个元件之间通过，该距离位于其底座17的宽度与机器人50的(上肢包括在内的)整体宽度之间。

上肢61可包括可面对底座17或顶部部分51的柔性区域63。柔性区域63具有防挤夹作用。事实上，如果物体或人类的身体部分位于上肢61和底座17和/或顶部部分51之间，并且上肢61更靠近底座17和/或顶部部分51移动，柔性区域63变形以避免挤夹或压伤物体或身体部分。

对于具有至少两个上肢61的机器人50，每个上肢上的柔性区域63可具有抓握作用。例如，由于第二铰接件62的自由度，导致机器人50能够将其两个上肢61放置在其前面，如前所述。通过使其两个上肢61彼此更为靠近，一个的柔性区域63面对另一个的柔性区域63，物体可被定位在两个上肢61之间并由两个上肢61的压力所保持，柔性区域63在与物体接触时变形，而并不损坏它。

动力化单元16可被构造成差动地驱动第一轮14和第二轮15。例如，它可包括一组小齿轮或一个差动齿轮以允许这两个轮14、15以不同的速度旋转，或者包括各自与一个轮相关联的两个电机，这两个电机被联接到计算机，从而使得能够根据该机器人的预期轨迹来控制这两个电机。这两个轮14、15的差速驱动由此允许机器人具有并非必然是线性的运动。同样可能的是，通过使这两个轮之一旋转而另一个不旋转，它围绕其自身回转，或者通过使它的两个轮在相反方向中旋转，它也可以在其自身上旋转。

此外，根据本发明的机动化仿人机器人可包括意在使机器人50的重心G在底座17内移动的机动化配重。该配重可以使用电机而呈现出不同的位置，该电机可以可能地是动力化单元16的电机。根据配重的位置，机器人50的重心G可改变底座17中的位置。这会导致机器人的参考位置的改变。例如，具有竖直参考轴线的机器人50可在机动化配重的运动之后可具有相对于竖直线倾斜若干度的参考轴线，反之亦然。当机器人在其两个上肢61之间抓握物体时，机器人的重心运动的可能性是特别有利的，如前所述。例如，通过抓握住水瓶，由于水瓶的重量，例如最初处于竖直参考位置中的机器人将会自然地倾斜。换句话说，其定位轴线随后与其参考轴线形成非零角度。借助于机动化配重，使机器人的重心在底座17内移动，并且具有水瓶的机器人的定位轴线11可随后被重新定位，以与其初始参考轴线重合。

图4示意性地表示了根据本发明的仿人机器人50的可能的侧向运动。机器人50被构造成，使得机器人50的旋转中心O和重心G是偏移的，以产生趋向于使机器人50从其定位轴线11与参考轴线12形成非零角度20的位置返回到参考位置的扭矩。在图4和图5中，在给定时刻，机器人50处于其定位轴线11与参考轴线12形成非零角度20的位置，例如，遵循已被侧向地施加到其上的力。点O和G之间的偏移将导致产生返回扭矩，以使机器人50返回到其参考位置，也就是说，沿参考轴线12返回其定位轴线11。在返回到参考位置的该返回中，机器人50可围绕参考轴线12摆动，直到它处于平衡位置为止，其定位轴线11与参考轴线12重合。

图5示意性地表示根据本发明的仿人机器人50的可能的前后运动，类似于图4的机器人50的侧向运动。重要的是注意到，由于底座的在翘曲表面18的任何点处与水平面13形成第一接触点19的翘曲表面18，并且由于包含轮14、15的轮廓的大致呈椭球形的底座17，机动化机器人50可具有侧向地从前到后并且也在机器人50周围的任何方向中的该往复移动。最大可能的幅度(也就是说定位轴线11和参考轴线12之间的最大角度)可达到值为180°，只要底座17的形式允许它即可。

图6突出了根据本发明的仿人机器人50在易于挤夹的区域中的防挤夹特征。如已经提到的那样，第一滚动表面24与底座17的第一截面的周长基本重合，这意味着第一轮14的外表面在底座17的该点处与底座17的表面基本相同。更具体地，滚动表面24在底座17的顶部部分上与底座17的表面具有连续性。因此，为了安全起见，在滚动表面24和底座17之间不存在开放空间，特别地避免手指在轮14和底座17之间出现任何挤夹。这同样适用于轮15和滚动表面25。

将头部54连结到胸部53的第三铰接件55被有利地定位在机器人50中。头部54和胸部53各自具有彼此互补的接触表面，使得头部54和胸部53之间不存在空间。由此，头部54可相对于胸部53旋转地移动，而在头部54和胸部53之间不存在挤夹手指或小尺寸物体的风险。

同样，将上肢61连结到顶部部分51(处于图6中的胸部53的水平高度处)的第二铰接件62允许上肢61相对于胸部53旋转地移动，同时避免在第二铰接件62处存在任何挤夹的风险。

最后，面对底座17或顶部部分51的柔性区域63具有防挤夹作用。在不存在柔性区域63的情况下，在上肢61更为靠近底座17(和/或顶部部分51，如果上肢处于提升位置中)移动的情况下，被定位在上肢61和底座17(和/或顶部部分51，如果上肢处于提升位置中)之间的任何物体或人类的身体部分可能具有被压扁或挤夹的风险。由于区域63是柔性的，因此在上肢61更靠近底座17移动的情况下，柔性区域63被变形以避免挤夹或压扁物体或身体部分。

图7示出了根据本发明的仿人机器人50改变其离地间隙的能力。在底座17的底部部分中，滚动表面24(如同滚动表面25一样)基本上从底座17的轮廓延伸，以确保用于机器人10的某一离地间隙。因此，滚动表面24和25必须从底座17的底部部分延伸，以确保适用的离地间隙，也就是说，对应于底座17的底部部分的在两个轮14、15之间的弯曲部分。如图7中所示，根据本发明的机动化仿人机器人50可被以下列方式加以构造，即，使得能够沿穿过第一轮14的直径的轴线74平移第一轮14以及沿穿过第二轮15的直径的轴线75平移第二轮15。由此通过平移轮14和15，增大了机器人50的离地间隙。该构造可允许机器人50通过在小尺寸的障碍物上移动而越过它，而底座17无需接触该障碍物。更为常见地，该构造允许机器人50在任何类型的地形上四处移动，特别是在草坪或覆盖物并不完全均匀的平台外侧。机器人50的平移其轮14、15的能力可允许其越过楼梯踏板型的障碍物。实际上，通常认为，非光滑轮可通过粘附力在高度方面越过直到其直径的一半。通过使轮14、15基本向前平移，仅轮14、15与踏板接触，并且机器人可跨过该踏板，而底座17并不接触该楼梯踏板。此外，通过巧妙地选择滚动表面24、25的覆盖物，机器人可容易地在任何地形上四处移动。甚至可以设想到鞋底钉类型的雕刻后的滚动表面24、25，以增大机器人在其运动中的粘附力。这对于机器人50的户外使用(平台、草坪、路径)是特别有利的，对于室内使用(例如在存在水平高度或地板粗糙度的差异的空间中)也是特别有利的。

最后，通过平移轮14、15，使机器人50沿其参考轴线12平移是可能的。其结果是，机器人50被提升或降低。可通过使轮14、15的旋转中心偏移来实现轮14、15的平移。例如，轮14、15的旋转中心的偏移可通过可被包括在动力化单元16中的电机以及通过使用凸轮来完成。

此外，完全可以设想到提供一种情形，其中，轮14、15被平移以便当后者移动时增大机器人的地面间隙，以便于机器人的运动。同样，在碰撞的情况下，可以使轮14、15平移，也就是说缩进，以减少乃至消除掉机器人的离地间隙，使得机器人可在其翘曲表面18上倾斜，以便自发地恢复并返回到其参考位置，而并不涉及轮在地面上的接触。

轮14和15也可被彼此独立地平移，以便引起到侧面的倾斜并且同时平移，从而提高机器人的表现度，机器人随后可在轮与轮之间摇摆行走，或者给人以在其支撑件上下陷或上升的印象。

Claims (12)

1.一种机动化仿人机器人(10、50)，所述机器人具有沿处于参考位置中的参考轴线(12)延伸的定位轴线(11)，并且能够在水平面(13)上移动，所述机器人包括：

·与所述水平面(13)接触的第一轮(14)和第二轮(15)，所述第一轮(14)具有第一中心并且所述第二轮(15)具有第二中心，

·动力化单元(16)，所述动力化单元(16)意在旋转地驱动所述第一轮(14)和所述第二轮(15)，使得所述机器人(10、50)在所述水平面(13)上移动，

其特征在于，所述机器人(10、50)包括具有翘曲表面(18)的底座(17)，所述翘曲表面(18)在穿过所述第一轮(14)的所述第一中心和所述第二轮(15)的所述第二中心的竖直平面中、在所述第一轮(14)和所述第二轮(15)中的每一个的任一侧上延伸，所述翘曲表面(18)能够在所述翘曲表面(17)的任何点处形成与所述水平面(13)接触的第一接触点(19)，从而对于任何第一接触点(19)限定旋转中心(O)，并且所述机器人(10、50)被以下列方式进行构造，即，使得所述机器人(10、50)的所述旋转中心(O)和重心(G)是偏移的，以产生趋向于使所述机器人(10、50)从所述底座(17)周围的其中所述机器人的所述定位轴线(11)与所述参考轴线(12)形成非零角度(20)的任何位置直接返回到所述参考位置的扭矩，所述定位轴线(11)扫掠过所述角度(20)，直到它与所述参考轴线(12)重合为止。

2.根据权利要求1所述的机动化仿人机器人(10、50)，所述第一轮(14)具有第一滚动表面(24)并且所述第二轮(15)具有第二滚动表面(25)，其特征在于，所述底座(17)基本上为具有中心O的椭球形，并且所述第一滚动表面(24)与所述底座(17)的第一截面的周长基本上重合，并且所述第二滚动表面(25)与所述底座(17)的第二截面的周长基本上重合，所述第一滚动表面(24)和所述第二滚动表面(25)从所述底座(17)凸出，使得所述机器人(10、50)具有大于或等于零的离地间隙。

3.根据权利要求2所述的机动化仿人机器人(10、50)，其特征在于，所述翘曲表面(18)和所述滚动表面(24、25)被构造成在所述翘曲表面(18)的任何点处通过沿所述翘曲表面(18)上的最短路径而行，允许所述机器人(10、50)从其中所述机器人的定位轴线(11)与所述参考轴线(12)形成非零角度(20)的任何位置返回到所述参考位置。

4.根据权利要求1到3中的任一项所述的机动化仿人机器人，所述第一轮(14)在第二接触点(34)处与所述水平面(13)相接触并具有与所述第二接触点(34)完全相反的第一外点(44)，并且所述第二轮(15)在第三接触点(35)处与所述水平面(13)相接触并具有与所述第三接触点(35)完全相反的第二外点(45)，其特征在于，所述第二接触点(34)和所述第三接触点(35)之间的距离小于所述第一外点(44)和所述第二外点(45)之间的距离。

5.根据权利要求1到4中的任一项所述的机动化仿人机器人(50)，其特征在于，它包括被定位在所述底座(17)上的顶部部分(51)和将所述顶部部分(51)连结到所述底座(17)的第一铰接件(52)，并且所述第一铰接件(52)在相对于所述底座(17)围绕所述定位轴线(11)的旋转中具有至少一个自由度。

6.根据权利要求5所述的机动化仿人机器人(50)，其特征在于，它包括至少一个上肢(61)和将所述至少一个上肢(61)连结到所述顶部部分(51)的第二铰接件(62)，并且所述第二铰接件(62)在相对于所述顶部部分(51)的旋转中具有至少一个自由度。

7.根据权利要求5和6中的任一项所述的机动化仿人机器人(50)，其特征在于，所述顶部部分(51)包括：

·胸部(53)，所述第一铰接件(52)将所述胸部(53)连结到所述底座(17)，

·头部(54)和将所述头部(54)连结到所述胸部(53)的第三铰接件(55)，并且所述第三铰接件(55)在相对于所述胸部(53)围绕所述定位轴线(11)的旋转中具有一个自由度。

8.根据从属于权利要求6的权利要求7所述的机动化仿人机器人(50)，其特征在于，所述第二铰接件(62)将所述至少一个上肢(61)连结到所述胸部(53)，并且所述第二铰接件(62)在相对于所述胸部(53)的旋转中具有至少一个自由度。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的机动化仿人机器人(10、50)，其特征在于，所述动力化单元(16)被构造成以差动方式驱动所述第一轮(14)和所述第二轮(15)。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的机动化仿人机器人(10、50)，其特征在于，它包括意在使所述机器人(10、50)的重心(G)在所述底座(17)内移动的机动化配重。

11.根据权利要求6到10中的任一项所述的机动化仿人机器人(50)，其特征在于，所述至少一个上肢(61)包括能够面对所述底座(17)或所述顶部部分(51)的柔性区域(63)。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的机动化仿人机器人(10、50)，其特征在于，它被构造成，使所述第一轮(14)沿穿过所述第一轮(14)的直径的轴线(74)平移，并且使所述第二轮(15)沿穿过所述第二轮(15)的直径的轴线(75)平移。