CN114348136A - 一种冰壶多足机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种冰壶多足机器人，包括：机器人主体；前腿构件，其用于夹持、旋转和投掷冰壶，所述前腿构件与所述机器人主体转动连接；中间腿构件，其用于在滑行过程中支撑所述机器人主体，所述中间腿构件还与所述机器人主体转动连接。本申请通过足式机器人进行多足协调控制，使得该冰壶多足机器人具备更多的灵巧运动能力，可广泛应用于冰壶竞技中，可为冰壶运动提供相应的训练设施，也可以应用于相关的娱乐比赛；基于前腿构件和中间腿构件，本申请可以完成冰壶比赛基本的动作，包括投壶，旋转冰壶，定位，瞄准等。

Description

一种冰壶多足机器人

技术领域

本申请属于机器人技术领域，具体涉及一种冰壶多足机器人。

背景技术

冰壶被称为冰上国际象棋。冰壶机器人对冰壶运动员训练以及冰壶机器人比赛展示具有重要意义。国外冰壶机器人的主要代表是韩国首尔高丽大学和德国柏林工业大学联合研发的Curly机器人，由轮式移动机器人、冰壶夹臂以及观测相机等组成，能够检测冰壶位置，确定投壶角速度和线速度，采用自适应深度强化学习训练冰壶机器人。国内冰壶机器人的主要代表是哈工大开发的“哪吒与敖丙”，用于2019 年和2020年的全国大学生数字冰壶人工智能挑战赛，也是轮式机器人。现有技术对应用于冰壶运动的多足机器人尚且少见。

发明内容

针对上述现有技术的缺点或不足，本申请要解决的技术问题是提供一种冰壶多足机器人。

为解决上述技术问题，本申请通过以下技术方案来实现：

本申请提出了一种冰壶多足机器人，包括：

机器人主体，

前腿构件，其用于夹持、旋转和投掷冰壶，所述前腿构件与所述机器人主体转动连接；

中间腿构件，其用于在滑行过程中支撑所述机器人主体，所述中间腿构件还与所述机器人主体转动连接。

可选地，上述的冰壶多足机器人，其中，还包括：用于加速和运动方向调整的后腿构件，所述后腿构件与所述机器人主体转动连接。

可选地，上述的冰壶多足机器人，其中，所述前腿构件包括：第一大腿和第一小腿，所述第一大腿和所述第一小腿转动连接，所述第一大腿还与所述机器人主体转动连接。

可选地，上述的冰壶多足机器人，其中，所述前腿构件还配置有第一驱动机构，其中，所述第一驱动机构包括：第一摆动驱动单元、第一髋关节驱动单元以及第一膝关节驱动单元，

可选地，上述的冰壶多足机器人，其中，所述第一摆动驱动单元用于驱动所述前腿构件沿竖直转轴进行转动，所述第一髋关节驱动单元用于驱动所述第一大腿转动，所述第一膝关节驱动单元通过第一连杆组件驱动所述第一小腿转动；

和/或，所述第一摆动驱动单元、所述第一髋关节驱动单元以及所述第一膝关节驱动单元均配置有减速器，所述减速器的输出轴上还配置有单维扭矩传感器。

可选地，上述的冰壶多足机器人，其中，在所述第一大腿和所述第一小腿连接的膝关节处还安装有驱动轮，在所述第一小腿的末端还安装有从动轮。

可选地，上述的冰壶多足机器人，其中，所述中间腿构件包括：第二大腿和第二小腿，所述第二大腿和所述第二小腿转动连接，所述第二大腿还与所述机器人主体转动连接。

可选地，上述的冰壶多足机器人，其中，所述中间腿构件还配置有第二驱动机构，其中，所述第二驱动机构包括：第二摆动驱动单元、第二髋关节驱动单元以及第二膝关节驱动单元，

所述第二摆动驱动单元用于驱动所述中间腿构件沿竖直转轴进行转动，所述第二髋关节驱动单元用于驱动所述第二大腿转动，所述第二膝关节驱动单元通过第二连杆组件驱动所述第二小腿转动；

和/或，所述第二摆动驱动单元、所述第二髋关节驱动单元以及所述第二膝关节驱动单元均配置有减速器，所述减速器的输出轴上还配置有单维扭矩传感器。

可选地，上述的冰壶多足机器人，其中，所述后腿构件包括：第三大腿和第三小腿，所述第三大腿和所述第三小腿转动连接，所述第三大腿还与所述机器人主体转动连接。

可选地，上述的冰壶多足机器人，其中，所述后腿构件还配置有第三驱动机构，其中，所述第三驱动机构包括：第三摆动驱动单元、第三髋关节驱动单元以及第三膝关节驱动单元，

所述第三摆动驱动单元用于驱动所述后腿构件沿竖直转轴进行转动，所述第三髋关节驱动单元用于驱动所述第三大腿转动，所述第三膝关节驱动单元通过第三连杆组件驱动所述第三小腿转动；

和/或，所述第三摆动驱动单元、所述第三髋关节驱动单元以及所述第三膝关节驱动单元均配置有减速器，所述减速器的输出轴上还配置有单维扭矩传感器。

可选地，上述的冰壶多足机器人，其中，所述第三大腿和所述第三小腿的驱动方式采用并联方式驱动。

可选地，上述的冰壶多足机器人，其中，所述第三小腿的足尖还配置有六维力传感器。

可选地，上述的冰壶多足机器人，其中，所述机器人主体上还安装有感知传感器以及惯性测量单元。

与现有技术相比，本申请具有如下技术效果：

本申请通过足式机器人进行多足协调控制，使得该冰壶多足机器人具备更多的灵巧运动能力，可广泛应用于冰壶竞技中，可为冰壶运动提供相应的训练设施，也可以应用于相关的娱乐比赛；基于前腿构件和中间腿构件，本申请可以完成冰壶比赛基本的动作，包括投壶，旋转冰壶，定位，瞄准等；

本申请中可自主在冰壶场地行走，通过前腿构件抓握冰壶，通过中间腿构件可调节身体位置对准，通过后腿构件可以蹬出进行冰壶投掷；本申请在冰壶竞技中可以实现现有冰壶机器人的各种功能等。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1：本申请一实施例冰壶多足机器人的立体图；

图2：本申请一实施例冰壶多足机器人的纵向剖视图；

图3：本申请一实施例中前腿构件的结构示意图；

图4：本申请一实施例中中间腿构件的结构示意图；

图5：本申请一实施例中后腿构件的结构示意图；

图6：本申请一实施例中前腿构件夹持冰壶的姿势图；

图7：本申请一实施例中前腿构件松开冰壶的姿势图；

图8：本申请一实施例中前腿构件对冰壶加速的姿势图；

图9：本申请一实施例中中间腿构件调整蹬出前进方向的姿势图；

图10：本申请一实施例中中间腿构件方向调整完毕身体垂直落下的姿势图；

图11：本申请一实施例中中间腿构件方向调整完毕第二小腿收起的姿势图。

具体实施方式

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，都属于本申请保护的范围。

如图1和图2所示，在本申请的其中一个实施例中，一种冰壶多足机器人，包括：

机器人主体10，

前腿构件20，其用于夹持、旋转和投掷冰壶M，所述前腿构件20与所述机器人主体10转动连接；

中间腿构件30，其用于在滑行过程中支撑所述机器人主体10，所述中间腿构件30还与所述机器人主体10转动连接。

本实施例通过足式机器人进行多足协调控制，使得该冰壶多足机器人具备更多的灵巧运动能力，可广泛应用于冰壶M竞技中。

在本实施例中，优选地，所述前腿构件20以及所述中间腿构件30均采用两个，如图1和图2所示，当所述前腿构件20和所述中间腿构件30均采用两个时，本实施例为四足机器人。

进一步地，本实施例还包括：用于加速和运动方向调整的后腿构件40，所述后腿构件40与所述机器人主体10转动连接。其中，在本实施例中，所述后腿构件40优选地采用两个。当所述前腿构件20、所述中间腿构件30以及所述后腿构件40均采用两个时，本实施例为六足机器人。进一步优选地，机器人6条腿呈2-2-2布置，分为三组，其中前腿构件20负责夹持、旋转和投掷冰壶M，中间腿构件30负责在冰面滑行时支撑身体，后腿构件40负责启动加速和运动方向调整。

进一步优选地，在本实施例机器人每组腿部构件具有三个自由度(见下文所述)，机器人身体在六个腿部构件的协助下能实现移动平台在空间六自由度的任意运动。

在本实施例中，不管是前腿构件20、中间腿构件30还是后腿构件40，机器人小腿的传动机构都相同。下文所述的连杆机构的设计使得小腿还能够向上翻折，实现更大的灵巧性。

其中，如图3所示，所述前腿构件20包括：第一大腿21和第一小腿22，所述第一大腿21和所述第一小腿22转动连接，所述第一大腿21还与所述机器人主体10转动连接。

进一步地，所述前腿构件20具有三个自由度，具体地，所述前腿构件 20还配置有第一驱动机构，其中，所述第一驱动机构包括：第一摆动驱动单元24、第一髋关节驱动单元25以及第一膝关节驱动单元26，其中，所述前腿构件20的膝关节可以实现前后反转；

所述第一摆动驱动单元24用于驱动所述前腿构件20沿竖直转轴进行转动，所述第一髋关节驱动单元25用于驱动所述第一大腿21转动，所述第一膝关节驱动单元26通过第一连杆组件23驱动所述第一小腿22转动。

其中，所述第一摆动驱动单元24、所述第一髋关节驱动单元25以及所述第一膝关节驱动单元26的设置位置仅为示意，其可根据实际情况进行适当地位置调节设置。

在本实施例，所述第一驱动机构优选地采用串联方式，即，所述第一小腿22在所述第一大腿21驱动的基础上输出运动。而下文所述的后腿构件40 可采用串联方式或并联方式驱动。其中，所述后腿构件40优选地采用并联方式驱动，这样的机构选择，可有效降低串联机构带来的小腿关节驱动扭矩和驱动速度较大的问题，在同样驱动电机功率的情况下，输出更大后蹬力量和更快的后蹬速度。

进一步优选地，所述第一摆动驱动单元24、所述第一髋关节驱动单元25 以及所述第一膝关节驱动单元26均配置有减速器，所述减速器的输出轴上还配置有单维扭矩传感器。其中，所述第一摆动驱动单元24、所述第一髋关节驱动单元25以及所述第一膝关节驱动单元26通过谐波减速器来驱动第一大腿21或第一小腿22，减速器的输出轴上配置的单维扭矩传感器，可用于检测各关节的受力。

进一步优选地，在本实施例中，如图1和图2所示，所述第一小腿22的末端还安装有第一支撑件201，用于支撑作用，所述第一支撑件201优选地采用聚四氟乙烯材料制成。

同样地，在所述第二大腿31和第二小腿32的膝关节处还设有第二支撑件301，所述第二支撑件301用于支撑作用，所述第一支撑件201优选地采用聚四氟乙烯材料制成。

在本实施例中，如图4所示，所述中间腿构件30包括：第二大腿31和第二小腿32，所述第二大腿31和所述第二小腿32转动连接，所述第二大腿 31还与所述机器人主体10转动连接。冰壶机器人在投掷前，需要调整机器人投掷方向，这一功能通过中间腿构件30实现。

在本实施例中，所述中间腿构件30具有三个自由度，具体地，所述中间腿构件30还配置有第二驱动机构，其中，所述第二驱动机构包括：第二摆动驱动单元34、第二髋关节驱动单元35以及第二膝关节驱动单元36，其中，所述中间腿构件30的膝关节可实现前后反转；

所述第二摆动驱动单元34用于驱动所述中间腿构件30沿竖直转轴进行转动，所述第二髋关节驱动单元35用于驱动所述第二大腿31转动，所述第二膝关节驱动单元36通过第二连杆组件33驱动所述第二小腿32转动。

所述第二摆动驱动单元34、所述第二髋关节驱动单元35以及所述第二膝关节驱动单元36均配置有减速器，所述减速器的输出轴上还配置有单维扭矩传感器。其中，所述第二摆动驱动单元34、所述第二髋关节驱动单元35 以及所述第二膝关节驱动单元36通过谐波减速器来驱动第二大腿31或第二小腿32，减速器的输出轴上配置的单维扭矩传感器，可用于检测各关节的受力。

在本实施例，所述第二驱动机构优选地采用串联方式，即，所述第二小腿32在所述第二大腿31驱动的基础上输出运动。而下文所述的后腿构件40 可采用串联方式或并联方式驱动。其中，所述后腿构件40优选地采用并联方式驱动，这样的机构选择，可有效降低串联机构带来的小腿关节驱动扭矩和驱动速度较大的问题，在同样驱动电机功率的情况下，输出更大后蹬力量和更快的后蹬速度。

在本实施例中，如图5所示，所述后腿构件40包括：第三大腿41和第三小腿42，所述第三大腿41和所述第三小腿42转动连接，所述第三大腿41 还与所述机器人主体10转动连接。

所述后腿构件40具有三个自由度，具体地，所述后腿构件40还配置有第三驱动机构，其中，所述第三驱动机构包括：第三摆动驱动单元44、第三髋关节驱动单元45以及第三膝关节驱动单元46，其中，所述后腿构件40的膝关节可实现前后反转；

所述第三摆动驱动单元44用于驱动所述后腿构件40沿竖直转轴进行转动，所述第三髋关节驱动单元45用于驱动所述第三大腿41转动，所述第三膝关节驱动单元46通过第三连杆组件43驱动所述第三小腿42转动。

所述第三摆动驱动单元44、所述第三髋关节驱动单元45以及所述第三膝关节驱动单元46均配置有减速器，所述减速器的输出轴上还配置有单维扭矩传感器。其中，所述第三摆动驱动单元44、所述第三髋关节驱动单元45 以及所述第三膝关节驱动单元46通过谐波减速器来驱动第三大腿41或第三小腿42，减速器的输出轴上配置的单维扭矩传感器，可用于检测各关节的受力。

其中，在本实施例中，所述第三大腿41和所述第三小腿42的驱动方式采用并联方式驱动。即，所述后腿构件40优选地采用并联方式驱动，这样的机构选择，可有效降低串联机构带来的小腿关节驱动扭矩和驱动速度较大的问题，在同样驱动电机功率的情况下，输出更大后蹬力量和更快的后蹬速度。

在本实施例中，冰壶机器人前腿构件20在投壶过程中主要负责抓握冰壶 M，驱动冰壶M自转以及投掷冰壶M。如图6至图8所示，冰壶机器人前腿如图所示方式抱住冰壶M，冰壶机器人前腿构件20在膝关节安装了带驱动的驱动轮202，可驱动冰壶M旋转起来，第一小腿22上安装了从动轮203。当需要对冰壶M加速投掷时，可通过第一小腿22的运动，用第一小腿22的从动轮203抵住冰壶M，双脚向前蹬出，实现冰壶M的加速投掷。

如图9至图11所示，投掷前，机器人前腿构件20先抱住冰壶M，中间腿构件30调整机器人方向，调整完毕后，中间腿构件30的膝关节垂直落地，将中间腿构件30中的第二小腿32抬起，这时机器人便完成了起蹬前的准备，开始蹬出。进一步优选地，投掷前，机器人前腿构件20先抱住冰壶M，后腿构件40抵住起蹬器，中间腿构件30调整机器人方向，调整完毕后，中间腿构件30的膝关节垂直落地，将中间腿构件30中的第二小腿32抬起，这时机器人便完成了起蹬前的准备，开始蹬出。

其中，还需要说明地是，所述后腿构件40相对于前腿构件20、中间腿构件30具有更长的尺寸，这样可以提高机器人的起蹬速度。

为了提高机器人双腿后蹬带来的力量不均匀问题，所述第三小腿42的足尖401还配置有六维力传感器，通过测量足尖401和地面起蹬器的作用力，实时控制机器人前进推力，实现机器人投掷方向的更精准控制。

所述机器人主体10上还安装有感知传感器以及惯性测量单元，其中，所述感知传感器包括：力觉传感器、视觉传感器或激光雷达传感器等等。本实施例通过配置上述传感器，可通过视觉实现目标冰壶M的瞄准。其中，所述感知传感器以及惯性测量单元的设置位置，本申请并不做限定。

本申请可自主在冰壶M场地行走，通过前腿构件20抓握冰壶M，通过中间腿构件30可调节身体位置对准，通过后腿构件40可以蹬出进行冰壶M 投掷。通过激光和视觉传感器等传感器，机器人可自主完成定位和冰壶M投掷，可以作为冰壶M运动员发球和陪练，也可以作为娱乐竞技的相关设备。相比于现有轮式机器人，本实施例机器人可行走、可自主抱住冰壶、通过仿生方式用腿蹬出，具备更多的姿态变化和好的观赏性。

在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限定，参照较佳实施例对本申请进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围，均应涵盖在本申请的权利要求范围内。

Claims (12)

1.一种冰壶多足机器人，其特征在于，包括：

机器人主体，

前腿构件，其用于夹持、旋转和投掷冰壶，所述前腿构件与所述机器人主体转动连接；

中间腿构件，其用于在滑行过程中支撑所述机器人主体，所述中间腿构件还与所述机器人主体转动连接。

2.根据权利要求1所述的冰壶多足机器人，其特征在于，还包括：用于加速和运动方向调整的后腿构件，所述后腿构件与所述机器人主体转动连接。

3.根据权利要求1所述的冰壶多足机器人，其特征在于，所述前腿构件包括：第一大腿和第一小腿，所述第一大腿和所述第一小腿转动连接，所述第一大腿还与所述机器人主体转动连接。

4.根据权利要求3所述的冰壶多足机器人，其特征在于，

所述前腿构件还配置有第一驱动机构，其中，所述第一驱动机构包括：第一摆动驱动单元、第一髋关节驱动单元以及第一膝关节驱动单元，

所述第一摆动驱动单元用于驱动所述前腿构件沿竖直转轴进行转动，所述第一髋关节驱动单元用于驱动所述第一大腿转动，所述第一膝关节驱动单元通过第一连杆组件驱动所述第一小腿转动；

和/或，所述第一摆动驱动单元、所述第一髋关节驱动单元以及所述第一膝关节驱动单元均配置有减速器，所述减速器的输出轴上还配置有单维扭矩传感器。

5.根据权利要求3所述的冰壶多足机器人，其特征在于，在所述第一大腿和所述第一小腿连接的膝关节处还安装有驱动轮，在所述第一小腿的末端还安装有从动轮。

6.根据权利要求1所述的冰壶多足机器人，其特征在于，所述中间腿构件包括：第二大腿和第二小腿，所述第二大腿和所述第二小腿转动连接，所述第二大腿还与所述机器人主体转动连接。

7.根据权利要求6所述的冰壶多足机器人，其特征在于，

所述中间腿构件还配置有第二驱动机构，其中，所述第二驱动机构包括：第二摆动驱动单元、第二髋关节驱动单元以及第二膝关节驱动单元，

所述第二摆动驱动单元用于驱动所述中间腿构件沿竖直转轴进行转动，所述第二髋关节驱动单元用于驱动所述第二大腿转动，所述第二膝关节驱动单元通过第二连杆组件驱动所述第二小腿转动；

和/或，所述第二摆动驱动单元、所述第二髋关节驱动单元以及所述第二膝关节驱动单元均配置有减速器，所述减速器的输出轴上还配置有单维扭矩传感器。

8.根据权利要求2至7任一项所述的冰壶多足机器人，其特征在于，所述后腿构件包括：第三大腿和第三小腿，所述第三大腿和所述第三小腿转动连接，所述第三大腿还与所述机器人主体转动连接。

9.根据权利要求8所述的冰壶多足机器人，其特征在于，

所述后腿构件还配置有第三驱动机构，其中，所述第三驱动机构包括：第三摆动驱动单元、第三髋关节驱动单元以及第三膝关节驱动单元，

所述第三摆动驱动单元用于驱动所述后腿构件沿竖直转轴进行转动，所述第三髋关节驱动单元用于驱动所述第三大腿转动，所述第三膝关节驱动单元通过第三连杆组件驱动所述第三小腿转动；

和/或，所述第三摆动驱动单元、所述第三髋关节驱动单元以及所述第三膝关节驱动单元均配置有减速器，所述减速器的输出轴上还配置有单维扭矩传感器。

10.根据权利要求2至7任一项所述的冰壶多足机器人，其特征在于，所述第三大腿和所述第三小腿的驱动方式采用并联方式驱动。

11.根据权利要求2至7任一项所述的冰壶多足机器人，其特征在于，所述第三小腿的足尖还配置有六维力传感器。

12.根据权利要求1至7任一项所述的冰壶多足机器人，其特征在于，所述机器人主体上还安装有感知传感器以及惯性测量单元。

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