CN109848991B - 一种双足行走多关节机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双足行走多节机器人，包括设置在机器人内部的主控制模块，所述主控制模块连接有图像处理模块、驱动模块、重心感应模块、热感应模块、供电模块、无线信号传输模块、地图导航模块、红外信号转换模块，所述主控制模块由内嵌式微处理器及数据存储卡构成。本发明通过将图像处理模块处理成三维图形，可以快速判断眼前障碍物的大小，判断是否需要绕行，通过路线规划模块可以根据机器人与目的地之间的位置规划出最佳的行走路线，通过利用一个电机完成两大腿臂的行走，节省能源，通过重心调整模块调整机器人的重心位置，使其始终处于平衡状态，不会发生摔倒。

Description

一种双足行走多关节机器人

技术领域

本发明涉及行走机器人技术领域，尤其涉及一种双足行走多关节机器人。

背景技术

模拟人类用两条腿走路的机器人，两足步行机器人适于在凸凹不平或有障碍的地面行走作业，比一般移动机器人灵活性强，机动性好。1972年，日本早稻田大学研制出第一台功能较全的两足步行机器人。美国等学者也研制出各种两足走行机器人模型。两足步行模型是一个变结构机构，单脚支撑为开式链，双脚支撑为闭式链。支撑点的固定靠摩擦力来保证，质量分布和重量大小都直接影响静态和动态的稳定性。为保证行走过程中姿态的稳定性，对行走步态应加严格的约束。

现如今的双足行走多关节机器人多是只具备简单的前后行走功能，遇到障碍物时不能智能决定是否需要绕行，且在行走至目的地时只会走直线，不能根据实时情况自主规划行走路线，且行走的腿部需要两个驱动电机带动，能源消耗大，行走时机器人由于处于不同的状态，其重心位置也会改变，有时机器人动作过大容易摔倒。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种双足行走多关节机器人。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种双足行走多关节机器人，包括设置在机器人内部的主控制模块，所述主控制模块电连接有图像处理模块、驱动模块、重心感应模块、热感应模块、供电模块、无线信号传输模块、地图导航模块、红外信号转换模块，所述主控制模块由内嵌式微处理器及数据存储卡构成，所述图像处理模块电连接有摄像模块，所述摄像模块用于对机器人前方的景象进行录制，所述驱动模块用于驱动机器人行走，所述重心感应模块电连接有重心位置测量模块和重心调整模块，所述重心位置测量模块用于测量机器人的重心位置，所述重心调整模块用于调整机器人的位置使机器人始终保持平衡状态，防止机器人在行走时发生侧翻，所述热感应模块电连接有温度测量模块和温度过高报警模块，所述温度测量模块用于测量蓄电池的温度，所述温度过高报警模块用于在蓄电池温度过高时发出警报，所述红外信号转换模块电连接有红外线遥感控制模块，所述红外线遥感控制模块通过红外线与手动操作终端连接，所述手动操作终端用于手动操作控制机器人的行走，所述无线信号传输模块用于与显示终端连接，所述显示终端用于显示摄像模块录制的内容及机器人的各项参数，所述供电模块包括充电模块、放电模块、电量过低报警模块，所述充电模块用于给机器人充电，所述放电模块用于释放电能使机器人工作，所述电量过低报警模块用于在机器人电量不足时发出警报。

优选地，所述地图导航模块用于与语音输入模块、手动输入模块、GPS定位模块、路线规划模块连接，所述语音输入模块用于对机器人发出语音指令，所述手动输入模块用于给机器人发出文字指令，所述GPS定位模块用于定位机器人所处的位置，所述路线规划模块用于给机器人规划行走至目的地的最佳路线。

优选地，所述驱动模块用于与行走模式选择模块、行走故障报警模块、行走启闭模块连接，所述行走模式选择模块用于根据不同的需求选择不同的行走模式，所述行走故障报警模块用于在行走出现异常时发出警报，所述行走启闭模块用于启动或关闭机器人行走。

优选地，所述图像处理模块用于与图像转换三维图形模块连接、三维图形尺寸测量模块、判断是否绕行模块连接，所述图像转换三维图形模块用于将摄像模块所摄的影像转换成三维图形，所述三维图形尺寸测量模块用于测量转换的三维图形的各项尺寸，所述判断是否绕行模块用于根据测量的各项尺寸判断是否能通过前方再决定是否绕行。

优选地，所述机器人包括头部，所述头部的侧壁安装有信号接发器，所述头部的下端安装有上躯干，所述上躯干的侧壁固定连接有显示器，所述上躯干的两侧壁安装有上臂，所述上躯干的下端安装有下躯干，所述下躯干内开设有两个方形槽，两个所述方形槽内转动连接有转轴，所述转轴上固定连接有行走机构，所述下躯干内开设有机构槽，所述转轴贯穿方形槽的内壁并延伸至机构槽内固定连接有蜗轮，所述机构槽的内壁上转动连接有分别与两个蜗轮啮合的第一蜗杆、第二蜗杆，所述第一蜗杆与第二蜗杆固定连接，所述下躯干内开设有电机槽，所述电机槽的内底部固定连接有驱动电机，所述下躯干内开设有直槽，所述驱动电机的输出轴贯穿电机槽的内壁并延伸至直槽内固定连接有螺纹杆，所述螺纹杆上安装有传动机构。

优选地，所述行走机构包括固定连接在转轴上的大腿臂，所述大腿臂内开设有沿竖直方向设置的条形槽，所转轴位于条形槽的部分固定连接有第一转轮，所述大腿臂的下端转动连接有小腿臂，所述大腿臂与小腿臂的转动连接处固定连接有第二转轮，所述第一转轮与第二转轮通过同步带传动连接，所述小腿臂的下端转动连接有脚掌，所述小腿臂与脚掌的连接处固定连接有转盘，所述小腿臂位于转盘附件的侧壁固定连接有挡块，所述转盘的上下端均固定连接有扇形盘。

优选地，所述传动机构包括螺纹连接在螺纹杆上的滑块，所述滑块与直槽滑动连接，所述滑块的侧壁固定连接有齿条，所述第二蜗杆的远离第一蜗杆的一端贯穿机构槽的内壁并延伸至直槽内固定连接有齿轮，所述齿轮与齿条啮合。

优选地，所述滑块的两侧壁均固定连接有导向块，所述直槽内开设有导向槽，所述导向块与导向槽滑动。

本发明具有以下有益效果：

1、通过摄像模块采集机器人眼前的景象，再有图像处理模块处理成三维图形，可以快速判断眼前障碍物的大小，判断是否需要绕行；

2、通过语音输入模块、手动输入模块可以将目的地通过语音或文字的方式转换成指令输入给机器人，通过设置GPS定位模块可以清楚的知道机器人所处的地址，在可通过路线规划模块可以根据机器人与目的地之间的位置规划出最佳的行走路线；

3、通过驱动电机使得螺纹杆转动，再使得螺纹连接在螺纹杆上的滑块在直槽内上下移动，从而带动齿条移动，啮合齿轮转动，使第一蜗杆、第二蜗杆转动，且转动半圈即反向转动，由于第一蜗杆与第二蜗杆的齿向相反，这样啮合两个蜗轮的转动方向也相反，使两大腿臂做出人行走的动作，这样利用一个电机完成两大腿臂的行走，节省能源；

4、通过设置重心位置测量模块可以测量机器人在不同的行走状态下的重心位置，且可以通过重心调整模块调整机器人的重心位置，使其始终处于平衡状态，不会发生摔倒。

附图说明

图1为本发明提出的一种双足行走多关节机器人的系统框图；

图2为本发明提出的一种双足行走多关节机器人的地图导航模块的系统框图；

图3为本发明提出的一种双足行走多关节机器人的供电模块的系统框图；

图4为本发明提出的一种双足行走多关节机器人的驱动模块的系统框图；

图5为本发明提出的一种双足行走多关节机器人的图像处理模块的系统框图；

图6为本发明提出的一种双足行走多关节机器人的结构示意图；

图7为本发明提出的一种双足行走多关节机器人的行走结构侧面示意图；

图8为本发明提出的一种双足行走多关节机器人的A处结构放大示意图；

图9为本发明提出的一种双足行走多关节机器人的B处结构放大示意图。

图中：1脚掌、2小腿臂、3大腿臂、4蜗轮、5方形槽、6第一蜗杆、7第二蜗杆、8下躯干、9上躯干、10上臂、11显示器、12信号发出及接收器、13头部、14第二转轮、15条形槽、16第一转轮、17齿轮、18齿条、19螺纹杆、20滑块、21直槽、22电机槽、23驱动电机、24扇形盘、25转盘、26挡块、27机构槽、28手动操作终端。

实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参照图1-9，一种双足行走多关节机器人，包括设置在机器人内部的主控制模块，所述主控制模块电连接有图像处理模块、驱动模块、重心感应模块、热感应模块、供电模块、无线信号传输模块、地图导航模块、红外信号转换模块，所述主控制模块由内嵌式微处理器及数据存储卡构成，所述图像处理模块电连接有摄像模块，所述摄像模块用于对机器人前方的景象进行录制，所述驱动模块用于驱动机器人行走，所述重心感应模块电连接有重心位置测量模块和重心调整模块，所述重心位置测量模块用于测量机器人的重心位置，所述重心调整模块用于调整机器人的位置使机器人始终保持平衡状态，，防止机器人在行走时发生侧翻，所述热感应模块电连接有温度测量模块和温度过高报警模块，所述温度测量模块用于测量蓄电池的温度，所述温度过高报警模块用于在蓄电池温度过高时发出警报，所述红外信号转换模块电连接有红外线遥感控制模块，所述红外线遥感控制模块通过红外线与手动操作终端连接，所述手动操作终端用于手动操作控制机器人的行走，所述无线信号传输模块用于与显示终端连接，所述显示终端用于显示摄像模块录制的内容及机器人的各项参数，所述供电模块包括充电模块、放电模块、电量过低报警模块，所述充电模块用于给机器人充电，所述放电模块用于释放电能使机器人工作，所述电量过低报警模块用于在机器人电量不足时发出警报。

地图导航模块用于与语音输入模块、手动输入模块、GPS定位模块、路线规划模块连接，语音输入模块用于对机器人发出语音指令，手动输入模块用于给机器人发出文字指令，GPS定位模块用于定位机器人所处的位置，路线规划模块用于给机器人规划行走至目的地的最佳路线，驱动模块用于与行走模式选择模块、行走故障报警模块、行走启闭模块连接，行走模式选择模块用于根据不同的需求选择不同的行走模式，行走故障报警模块用于在行走出现异常时发出警报，行走启闭模块用于启动或关闭机器人行走，图像处理模块用于与图像转换三维图形模块连接、三维图形尺寸测量模块、判断是否绕行模块连接，图像转换三维图形模块用于将摄像模块所摄的影像转换成三维图形，三维图形尺寸测量模块用于测量转换的三维图形的各项尺寸，判断是否绕行模块用于根据测量的各项尺寸判断是否能通过前方再决定是否绕行。

机器人包括头部13，头部13的侧壁安装有信号接发器12，头部13的下端安装有上躯干9，上躯干9的侧壁固定连接有显示器11，上躯干9的两侧壁安装有上臂10，上躯干9的下端安装有下躯干8，下躯干8内开设有两个方形槽5，两个方形槽5内转动连接有转轴，转轴上固定连接有行走机构，下躯干8内开设有机构槽27，转轴贯穿方形槽5的内壁并延伸至机构槽27内固定连接有蜗轮4，机构槽27的内壁上转动连接有分别与两个蜗轮4啮合的第一蜗杆6、第二蜗杆7，第一蜗杆6与第二蜗杆7固定连接，下躯干8内开设有电机槽22，电机槽22的内底部固定连接有驱动电机23，所下躯干8内开设有直槽21，驱动电机23的输出轴贯穿电机槽的内壁并延伸至直槽21内固定连接有螺纹杆19，螺纹杆19上安装有传动机构。

行走机构包括固定连接在转轴上的大腿臂3，大腿臂3内开设有沿竖直方向设置的条形槽15，所转轴位于条形槽15的部分固定连接有第一转轮16，大腿臂3的下端转动连接有小腿臂2，大腿臂3与小腿臂2的转动连接处固定连接有第二转轮14，第一转轮16与第二转轮14通过同步带传动连接，小腿臂2的下端转动连接有脚掌1，小腿臂2与脚掌1的连接处固定连接有转盘25，小腿臂2位于转盘25附件的侧壁固定连接有挡块26，转盘25的上下端均固定连接有扇形盘24，传动机构包括螺纹连接在螺纹杆19上的滑块20，滑块20的两侧壁均固定连接有导向块，直槽21内开设有导向槽，导向块与导向槽滑动，滑块20与直槽21滑动连接，滑块20的侧壁固定连接有齿条18，第二蜗杆7的远离第一蜗杆6的一端贯穿机构槽27的内壁并延伸至直槽21内固定连接有齿轮17，齿轮17与齿条18啮合。

本发明中，需要机器人行走至某一目的地时，可通过语音或文字对机器人发出指令，此时语音输入模块或手动输入模块会接收指令，根据GPS定位模块定位机器人及目的地的地址，再由最佳行走路线模块规划至到达目的地的最佳路线，当机器人行走时，会由摄像模块对眼前景象进行录制，在录制的图像通过图像处理模块处理完成，判断是否需要绕过障碍物，通过重心位置测量模块可以测量机器人在不同的行走状态下的重心位置，且可以通过重心调整模块调整机器人的重心位置，使其始终处于平衡状态，不会发生摔倒，还可通过手动操作终端由红外线遥感控制模块发出信号，在由红外信号转换模块手动控制机器人行走，通过温度测量模块实时测量机器人的温度，当温度过高时，由温度过高报警模块发出警报，通过驱动电机23使得螺纹杆19转动，再使得螺纹连接在螺纹杆19上的滑块20在直槽21内上下移动，从而带动齿条18移动，啮合齿轮17转动，使第一蜗杆6、第二蜗杆7转动，且转动半圈即反向转动，由于第一蜗杆6与第二蜗杆7的齿向相反，这样啮合两个蜗轮4的转动方向也相反，使两大腿臂3做出人行走的动作，这样利用一个驱动电机23完成两大腿臂3的行走，节省能源。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及本发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种双足行走多关节机器人，其特征在于，包括设置在机器人内部的主控制模块，所述主控制模块电连接有图像处理模块、驱动模块、重心感应模块、热感应模块、供电模块、无线信号传输模块、地图导航模块、红外信号转换模块，所述主控制模块由内嵌式微处理器及数据存储卡构成，所述图像处理模块电连接有摄像模块，所述摄像模块用于对机器人前方的景象进行录制，所述驱动模块用于驱动机器人行走，所述重心感应模块电连接有重心位置测量模块和重心调整模块，所述重心位置测量模块用于测量机器人的重心位置，所述重心调整模块用于调整机器人的位置使机器人始终保持平衡状态，防止机器人在行走时发生侧翻，所述热感应模块电连接有温度测量模块和温度过高报警模块，所述温度测量模块用于测量蓄电池的温度，所述温度过高报警模块用于在蓄电池温度过高时发出警报，所述红外信号转换模块电连接有红外线遥感控制模块，所述红外线遥感控制模块通过红外线与手动操作终端连接，所述手动操作终端用于手动操作控制机器人的行走，所述无线信号传输模块用于与显示终端连接，所述显示终端用于显示摄像模块录制的内容及机器人的各项参数，所述供电模块包括充电模块、放电模块、电量过低报警模块，所述充电模块用于给机器人充电，所述放电模块用于释放电能使机器人工作，所述电量过低报警模块用于在机器人电量不足时发出警报；

所述机器人包括头部（13），所述头部（13）的侧壁安装有信号接发器（12），所述头部（13）的下端安装有上躯干（9），所述上躯干（9）的侧壁固定连接有显示器（11），所述上躯干（9）的两侧壁安装有上臂（10），所述上躯干（9）的下端安装有下躯干（8），所述下躯干（8）内开设有两个方形槽（5），两个所述方形槽（5）内转动连接有转轴，所述转轴上固定连接有行走机构，所述下躯干（8）内开设有机构槽（27），所述转轴贯穿方形槽（5）的内壁并延伸至机构槽（27）内固定连接有蜗轮（4），所述机构槽（27）的内壁上转动连接有分别与两个蜗轮（4）啮合的第一蜗杆（6）、第二蜗杆（7），所述第一蜗杆（6）与第二蜗杆（7）固定连接，所述下躯干（8）内开设有电机槽（22），所述电机槽（22）的内底部固定连接有驱动电机（23），所述下躯干（8）内开设有直槽（21），所述驱动电机（23）的输出轴贯穿电机槽的内壁并延伸至直槽（21）内固定连接有螺纹杆（19），所述螺纹杆（19）上安装有传动机构；

所述行走机构包括固定连接在转轴上的大腿臂（3），所述大腿臂（3）内开设有沿竖直方向设置的条形槽（15），所转轴位于条形槽（15）的部分固定连接有第一转轮（16），所述大腿臂（3）的下端转动连接有小腿臂（2），所述大腿臂（3）与小腿臂（2）的转动连接处固定连接有第二转轮（14），所述第一转轮（16）与第二转轮（14）通过同步带传动连接，所述小腿臂（2）的下端转动连接有脚掌（1），所述小腿臂（2）与脚掌（1）的连接处固定连接有转盘（25），所述小腿臂（2）位于转盘（25）附件的侧壁固定连接有挡块（26），所述转盘（25）的上下端均固定连接有扇形盘（24）；

所述传动机构包括螺纹连接在螺纹杆（19）上的滑块（20），所述滑块（20）与直槽（21）滑动连接，所述滑块（20）的侧壁固定连接有齿条（18），所述第二蜗杆（7）的远离第一蜗杆（6）的一端贯穿机构槽（27）的内壁并延伸至直槽（21）内固定连接有齿轮（17），所述齿轮（17）与齿条（18）啮合；

所述滑块（20）的两侧壁均固定连接有导向块，所述直槽（21）内开设有导向槽，所述导向块与导向槽滑动。

2.根据权利要求1所述的一种双足行走多关节机器人，其特征在于，所述地图导航模块用于与语音输入模块、手动输入模块、GPS定位模块、路线规划模块连接，所述语音输入模块用于对机器人发出语音指令，所述手动输入模块用于给机器人发出文字指令，所述GPS定位模块用于定位机器人所处的位置，所述路线规划模块用于给机器人规划行走至目的地的最佳路线。

3.根据权利要求1所述的一种双足行走多关节机器人，其特征在于，所述驱动模块用于与行走模式选择模块、行走故障报警模块、行走启闭模块连接，所述行走模式选择模块用于根据不同的需求选择不同的行走模式，所述行走故障报警模块用于在行走出现异常时发出警报，所述行走启闭模块用于启动或关闭机器人行走。

4.根据权利要求1所述的一种双足行走多关节机器人，其特征在于，所述图像处理模块用于与图像转换三维图形模块连接、三维图形尺寸测量模块、判断是否绕行模块连接，所述图像转换三维图形模块用于将摄像模块所摄的影像转换成三维图形，所述三维图形尺寸测量模块用于测量转换的三维图形的各项尺寸，所述判断是否绕行模块用于根据测量的各项尺寸判断是否能通过前方再决定是否绕行。