CN114684294A - 可行走机器人 - Google Patents

Abstract

一种可行走机器人，其包括主体、耦接至所述主体并支撑所述主体的行走机构；行走机构包括第一腿部机构和第二腿部机构，第一腿部机构通过第一主关节可操作地耦接至所述主体并且能够绕所述第一主关节相对于所述主体旋转，第二腿部机构通过第二主关节可操作地耦接至所述主体并且能够绕所述第二主关节相对于所述主体旋转；第一腿部机构与第二腿部机构均包括上部支撑组件、主关节驱动组件、下部支撑组件、中间关节驱动组件、接触传感器以及运动控制器。

Description

可行走机器人

技术领域

本申请涉及机器人，特别是涉及可行走的机器人。

背景技术

随着传感技术和自动化技术的发展，各种各样的可自主移动的机器人出现并被陆续地应用于社会生活的各个领域，例如扫地机器人、手术机器人、物流机器人等等。然而，具有多关节的可模拟人类行走的机器人技术却发展较为缓慢，市场上较为缺少多关节运动的可行走机器人。使用双腿行走的机器人属于类人机器人，其双腿及主体类似于人类的双腿和躯干。双腿行走机器人特点在于能够交替摆动双腿，以实现类似人类行走的效果。但现有的双腿行走机器人中，机器人的多关节多自由度的运动一直是研发难题，且不能由统一的控制系统对行走过程进行感测，更难以根据感测结果判断运动状况并由此做出下一步的运动。

因此，有必要提供一种能够模拟人类行走的可行走机器人。

发明内容

本申请的一个目的是提供一种能够模拟人类行走的可行走机器人。

在本申请的一个方面，提供了一种可行走机器人，其包括主体和耦接至主体并支撑主体的行走机构。行走机构包括第一腿部机构、第二腿部机构和运动控制器。第一腿部机构通过第一主关节可操作地耦接至主体，并且能够绕第一主关节相对于主体旋转；第二腿部机构通过第二主关节可操作地耦接至主体，并且能够绕第二主关节相对于主体旋转。第一腿部机构及第二腿部机构均包括上部支撑组件、主关节驱动组件、下部支撑组件、中间关节驱动组件和接触传感器。上部支撑组件具有沿其长度方向相对设置的第一端和第二端，其中上部支撑组件在其第一端耦接至对应的主关节，上部支撑组件能够产生沿其长度方向伸展的上部驱动力。主关节驱动组件用于产生使得上部支撑组件绕主关节旋转的主关节驱动力。下部支撑组件具有沿其长度方向相对设置的第一端和第二端，其中下部支撑组件在其第一端经由中间关节耦接至上部支撑组件的第二端并且能够绕中间关节相对于上部支撑组件旋转，以及其中下部支撑组件能够产生沿其长度方向伸展的下部驱动力。中间关节驱动组件用于产生使得下部支撑组件绕中间关节相对于上部支撑组件旋转的中间关节驱动力。接触传感器被设置于下部支撑组件的第二端，用于感测腿部机构与地面的接触并生成接触感测信号。运动控制器被配置为根据第一腿部机构与第二腿部机构的接触传感器生成的接触感测信号以及主关节与中间关节的旋转角度控制上部支撑组件、下部支撑组件、主关节驱动组件以及中间关节驱动组件的运行。

在一些实施方式中，可行走机器人的上部支撑组件包括上部连接件、储能器、液压缸、电液伺服阀。上部连接件用于机械地耦接主关节与中间关节。储能器用于存储流入其中的液压流体。液压缸位于储能器下方，液压缸与储能器可操作地流体连通以允许液压流体在其间流动。电液伺服阀被耦接至运动控制器，并且配置为在运动控制器的控制下至少能够在储能模式与驱动模式下打开，其中：在储能模式，电液伺服阀被打开，以允许液压流体受到上部连接件传递的压力从液压缸流入储能器中；在驱动模式，电液伺服阀被打开，以允许液压流体被从储能器压入至液压缸中，其中液压流体的压入能够产生沿上部支撑组件的长度方向伸展的上部驱动力。

在一些实施方式中，可行走机器人的运动控制器用于根据每个腿部机构的接触传感器生成的接触感测信号控制腿部机构的上部支撑组件中的电液伺服阀所处于的工作模式。

在一些实施方式中，可行走机器人的运动控制器还用于在接触感测信号指示腿部机构未与地面接触时生成使得电液伺服阀工作于驱动模式的控制信号，并且用于在接触感测信号指示腿部机构与地面接触时生成使得电液伺服阀工作于储能模式的控制信号。

在一些实施方式中，可行走机器人的下部支撑组件包括下部连接件、储能器、液压缸和电液伺服阀。下部连接件用于机械地耦接并支撑中间关节。储能器用于存储流入其中的液压流体。液压缸位于储能器下方，液压缸与储能器可操作地流体连通以允许液压流体在其间流动。电液伺服阀被耦接至运动控制器，并且配置为在运动控制器的控制下至少能够在储能模式与驱动模式下打开，其中：在储能模式，电液伺服阀被打开，以允许液压流体受到下部连接件传递的压力从液压缸流入储能器中；在驱动模式，电液伺服阀被打开，以允许液压流体能够从储能器压入至液压缸中，其中液压流体的压入能够产生沿下部支撑组件的长度方向伸展的下部驱动力。

在一些实施方式中，可行走机器人的运动控制器用于根据每个腿部机构的中间关节和主关节的旋转角度控制腿部机构的下部支撑组件中的电液伺服阀所处的工作模式。

在一些实施方式中，可行走机器人的运动控制器被配置为交替地控制第一腿部机构和第二腿部机构以预定方式行走。

在一些实施方式中，可行走机器人的第一腿部机构与第二腿部机构中的每一个均以下述预定方式行走：

A)设置主关节处于预定向前旋转角度，设置中间关节处于零旋转角度，以及设置上部支撑组件与下部支撑组件的电液伺服阀处于储能模式；

B)保持主关节处于预定向前旋转角度，同时由中间关节驱动组件驱动下部支撑组件顺时针旋转至预定向上旋转角度；并且响应于接触传感器生成的接触感测信号指示腿部机构与地面接触，使得上部支撑组件与下部支撑组件的电液伺服阀处于储能模式，以使得液压流体从液压缸流入分别的储能器中；

C)由主关节驱动组件驱动上部支撑组件顺时针旋转至预定向后旋转角度，同时由中间关节驱动组件驱动下部支撑组件逆时针旋转至零旋转角度；并且响应于接触传感器生成的接触感测信号指示腿部机构与地面接触，生成使得上部支撑组件与下部支撑组件的电液伺服阀处于储能模式，以使得液压流体继续从液压缸流入分别的储能器中；

D)由主关节驱动组件驱动上部支撑组件逆时针旋转至预定中间旋转角度，同时由中间关节驱动组件驱动下部支撑组件顺时针旋转至预定向下旋转角度；并且响应于接触传感器生成的接触感测信号指示腿部机构未与地面接触，使得上部支撑组件的电液伺服阀处于驱动模式，以使得液压流体从上部支撑组件的储能器压入对应的液压缸中，同时使得下部支撑组件的电液伺服阀关闭；

E)由主关节驱动组件驱动上部支撑组件逆时针旋转至预定向前旋转角度，同时由中间关节驱动组件驱动下部支撑组件逆时针旋转至零旋转角度；并且响应于下部支撑组件处于预定向下旋转角度，使得下部支撑组件的电液伺服阀处于驱动模式，以使得液压流体从下部支撑组件的储能器压入对应的液压缸中，同时保持上部支撑组件的电液伺服阀处于驱动模式；以及

重复以上步骤B至E。

在一些实施方式中，可行走机器人的主关节驱动组件包括驱动电机和减速器。驱动电机被设置于所述主关节处，用于生成使得上部支撑组件旋转的驱动力。减速器用于调节上部支撑组件旋转的速度。

在一些实施例中，所述主关节驱动组件包括被设置于所述主体与所述上部支撑组件之间的液压驱动机构。

在一些实施方式中，可行走机器人的中间关节驱动组件包括驱动电机和减速器。驱动电机被设置于所述中间关节处，用于生成使得下部支撑组件相对于上部支撑组件旋转的驱动力。减速器用于调节上部支撑组件旋转的速度。

在一些实施方式中，可行走机器人的主关节驱动组件和中间关节驱动组件还包括用于检测对应的关节的旋转角度的角度传感器。

在一些实施例中，所述中间关节驱动组件包括被设置于所述上部支撑组件与所述下部支撑组件之间的液压驱动机构。

在一些实施方式中，可行走机器人的接触传感器是压力传感器。

以上为本申请的概述，可能有简化、概括和省略细节的情况，因此本领域的技术人员应该认识到，该部分仅是示例说明性的，而不旨在以任何方式限定本申请范围。本概述部分既非旨在确定所要求保护主题的关键特征或必要特征，也非旨在用作为确定所要求保护主题的范围的辅助手段。

附图说明

通过下面说明书和所附的权利要求书并与附图结合，将会更加充分地清楚理解本申请内容的上述和其他特征。可以理解，这些附图仅描绘了本申请内容的若干实施方式，因此不应认为是对本申请内容范围的限定。通过采用附图，本申请内容将会得到更加明确和详细地说明。

图1示出了根据本申请的可行走机器人的第一腿部机构的结构示意图；

图2示出了根据本申请的可行走机器人的运动控制器控制行走过程的状态图。

具体实施方式

在下面的详细描述中，参考了构成说明书的一部分的附图。在附图中，除非上下文另有说明，类似的符号通常表示类似的组成部分。详细描述、附图和权利要求书中描述的说明性实施方式并非旨在限定。在不偏离本申请主题的精神或范围的情况下，可以采用其他实施方式和做出其他变化。应当理解，可以对本申请中一般性描述的、在附图中图解说明的本申请内容的各个方面进行多种不同构成的配置、替换、组合，设计，而所有这些都明确地构成本申请内容的一部分。

可行走机器人的关键部件是其腿部结构，以及与之配合的腿部运行方式。为了模拟人类行走，本申请提供的可行走机器人的腿部结构采用了能够支撑机器人主体的行走机构，其包括在机器人行走过程中交替地支撑机器人主体的两个腿部机构，类似于人类的双腿。每个腿部机构可以位于机器人主体的一侧，例如机器人主体的左侧和右侧，并且通过分别的主关节耦接到机器人主体上，从而能够相对于机器人主体以关节所允许的一个或多个自由度枢转。在一些实施例中，主关节可以允许腿部机构以一个自由度相对于机器人主体旋转，并且两个腿部机构的主关节的旋转轴大体对准。这样，在可行走机器人行走过程中，两个腿部机构可以大体对称地分布在机器人主体两侧，保持可行走机器人的重心稳定，并且允许机器人向前或向后移动。在另一些实施例中，可行走机器人的主关节可以允许腿部机构以两个或更多个自由度相对于机器人主体旋转，从而可行走机器人能够以除了向前或向后移动以外的方式移动，例如向侧向方向移动，或者转动。

在接下来的实施例中，本申请提供的可行走机器人以主关节允许一个自由度的旋转为例进行说明，也即主关节的设置使得机器人被允许向前或向后行走，但是本领域技术人员可以根据实际应用的需要对可行走机器人的主关节进行修改或调整，从而主关节的自由度提高，机器人以更多适合的方式进行行走或活动。

图1示出了根据本申请一个实施例的可行走机器人的行走机构的一个腿部机构100。可以理解的是，行走机构的另一个腿部机构的具体设置及功能与图示的腿部机构大体相同，例如相互对称。在此不多赘述。

参考图1，第一腿部机构100通过主关节110可操作地连接至机器人的主体(图中未示出)，从而连接主体并与第二腿部机构(图中未示出)共同支撑主体。第一腿部机构100能够绕主关节110顺时针或逆时针旋转，从而使得第一腿部机构100相对于主体以向前或向后的方向移动一定距离。在一些实施方式中，第一腿部机构100包括上部支撑组件120、主关节驱动组件130、下部支撑组件140、中间关节150、中间关节驱动组件160和接触传感器170。在一些实施例中，这些组件大体自上而下地设置在第一腿部机构100上。

具体地，上部支撑组件120具有沿其长度方向相对设置的第一端和第二端(大致为图1中的上部支撑组件120的上端和下端)。上部支撑组件120在第一端耦接至主关节110，并且上部支撑组件120能够产生沿其自身长度方向伸展的上部驱动力。当上部支撑组件120整体并非沿竖直方向，或者上部支撑组件120相对于地面的角度并非90度时，沿上部支撑组件120长度方向伸展的上部驱动力至少能够提供使得机器人向前或向后移动的动量分量。此外，上部支撑组件120提供的上部驱动力还提供了机器人的重心向上移动的动量分量。在一些实施例中，除了提供上部驱动力之外，上部支撑组件120还允许其自身发生少量的收缩，该收缩过程通常是因重力作用引起的，并且收缩时上部支撑组件120可以缓冲震动，并且积累重力势能转化得到的能量。

主关节驱动组件130用于产生使得上部支撑组件120绕主关节110旋转的主关节驱动力。在一些实施例中，主关节驱动组件130可以包括被设置于主关节110处的驱动电机134，例如伺服电机，以及可选地包括减速器132，例如行星减速器或谐波减速器。驱动电机134用于生成使得上部支撑组件相对于主关节110旋转的驱动力，而减速器132用于调节上部支撑组件120相对于主关节110旋转的速度。通过速度调整，驱动电机134的驱动力也会变化，从而使得主关节驱动组件130输出的驱动力能够满足要求。在另一些实施例中，主关节驱动组件130也可以被设置在主体与上部支撑组件120之间，例如被构造为液压驱动机构，以对主体与上部支撑组件120施加作用力来使其相对旋转。例如，液压驱动机构的一端被设置在主体上，而另一端被设置在上部支撑组件120上。

下部支撑组件140也具有沿其长度方向相对设置的第一端和第二端(大致为图1中的下部支撑组件140的上端和下端)。下部支撑组件140在其第一端经由中间关节150耦接至上部支撑组件120的第二端并且能够绕中间关节150相对于上部支撑组件120旋转。此外，下部支撑组件140能够产生沿其自身长度方向伸展的下部驱动力。与上部支撑组件120类似，当下部支撑组件140整体并非沿竖直方向，或者下部支撑组件140相对于地面的角度并非90度时，沿下部支撑组件140长度方向伸展的上部驱动力至少能够提供使得机器人向前或向后移动的动量分量。此外，下部支撑组件140提供的下部驱动力还提供了机器人的重心向上移动的动量分量。在一些实施例中，下部支撑组件140也允许其自身发生少量的收缩。

中间关节驱动组件160用于产生使得下部支撑组件140绕中间关节150相对于上部支撑组件120旋转的中间关节驱动力。类似于主关节驱动组件130，中间关节驱动组件160可以包括被设置于中间关节150处的驱动电机164，以及可选地包括减速器162(例如，行星减速器或谐波减速器)。驱动电机164用于生成使得下部支撑组件140相对于中间关节150旋转的驱动力，而减速器162用于调节下部支撑组件140相对于中间关节150旋转的速度。可以理解，中间关节驱动组件160与主关节驱动组件130一起，共同改变第一腿部机构、第二腿部机构以及主体之间的相对角度，从而使得第一腿部机构100在屈曲和伸展状态之间变化。在另一些实施例中，中间关节驱动组件160也可以被设置在上部支撑组件120与下部支撑组件140之间，例如被构造为液压驱动机构，以对与上部支撑组件120与下部支撑组件140施加作用力来使其相对旋转。液压驱动机构的一端被设置在上部支撑组件120上，而另一端被设置在下部支撑组件140上。关于液压驱动机构的结构，可以参考下文中描述的上部支撑组件和下部支撑组件中所使用的液压缸、储能器、电液伺服阀的结构和描述。可以理解，在一些实施例中，主关节驱动组件130和中间关节驱动组件160可以同时包括驱动电机与液压驱动机构。

在一些实施例中，主关节驱动组件130和中间关节驱动组件160的旋变角可以通过设置和调整各自的驱动电机(以及可选的减速器)来确定；在另一些实施方式中，主关节驱动组件130和中间关节驱动组件160还包括用于检测对应的关节的旋转角度的角度传感器，角度传感器可以对关节旋转的角度大小进行测量并生成指示关节旋转角度值的角度传感信号，这样该角度传感信号可以被作为反馈参数提供给运动控制器，从而运动控制器可以相应地对第一腿部机构100的运动状况进行下文所述的判断和控制。

在图1所示的示例中，下部支撑组件140的第二端(下端)大体被构造为人体足部的形状，从而能够良好地支撑第一腿部机构100的其他组件以及机器人的主体。该第二端大体与下部支撑组件140的其他组件呈约90度的夹角，但是该夹角的角度不能够变化。在一些优选的实施例中，下部支撑组件140的第二端可以被构造为包括下部关节，其类似于人体足部与小腿之间的踝关节，并且允许第二端与下部支撑组件140的其他组件之间的角度变化。更优选地，下部支撑组件140的第二端还可以包括下部关节驱动组件，以驱动第二端相对于其他组件之间的角度变化。

接触传感器170设置于下部支撑组件140的第二端，用于感测第一腿部机构100与地面的接触并生成接触感测信号。在一些实施方式中，接触传感器170可以是压力传感器，其可以测量第一腿部机构100与地面接触时的压力大小，并向运动控制器发送指示第一腿部机构100的底部受到来自地面的压力值的压力传感信号，以作为运动参数之一供运动控制器对腿部机构的运动状况进行下文所述的判断和控制。可以理解的是，接触传感器170并不限于压力传感器，而可以是测量第一腿部机构100与地面的接触情况的任何类型的传感器，例如，测量第一腿部机构100与地面的接触面积大小的传感器或者利用红外检测、超声检测的传感器。例如，多个超声检测传感器可以被设置在第二端的下表面的不同位置，从而通过检测第二端与地面是否发生了接触以及发生接触的面积，接触传感器170可以生成对应的接触感测信号。

可以理解，在一些实施例中，下部支撑组件140的第二端可以具有一定的弹性或可变形特性，或者可以具有为曲面的下表面。

运动控制器(图中未示出)用于接收来自各传感器的传感信号，根据这些传感信号持续建立第一腿部机构100在重复运动过程中的状态，并根据需要激活驱动组件以改变各关节角度以及支撑组件提供的驱动力，以模拟人类行走过程中基本的腿部动作。具体而言，运动控制器用通过将各传感信号与指示运动过程中第一腿部机构100的各状态之间的预先确定的过渡点的启动阈值相比较来实现这一点，并且当接收到的各传感信号值与对应存储的阈值相关时，则使驱动组件改变主关节和中间关节的旋转角度及旋转速度，使腿部机构的关节活动基本上模拟自然关节活动。

在一些实施例中，运动控制器可以被实现为微控制器，其可以被设置在腿部机构上，也可以设置在机器人主体或其他适合的位置。运动控制器可以以有线或无线方式耦接到腿部机构的其他电子组件，例如驱动电机、传感器等。

在一些实施方式中，运动控制器配置为根据第一腿部机构100的接触传感器170生成的接触感测信号以及主关节110与中间关节150的旋转角度控制上部支撑组件120、下部支撑组件140、主关节驱动组件130以及中间关节驱动组件160的运行。例如，在一些使用压力传感器作为接触传感器170的实施方式中，运动控制器可以根据压力传感器生成的压力传感信号，将该压力传感信号指示的压力值与其预先设定的压力阈值进行比较，当压力传感信号指示的压力值超过了该压力阈值时，运动控制器控制主关节驱动组件130和/或中间关节驱动组件160，使得主关节110和/或中间关节150弯曲或伸直。

在一些实施方式中，运动控制器还可以用于根据各关节的角度传感信号控制主关节驱动组件130以及中间关节驱动组件160的旋转角度大小和速度。例如，当主关节110和/或中间关节150开始弯曲时，由角度传感器产生的角度传感信号也不断发送给运动控制器。运动控制器比较该角度传感信号指示的角度值与预先设定的角度阈值，当该角度值大于等于角度阈值时，运动控制器可以控制主关节驱动组件130和/或中间关节驱动组件160的进入下一个运动操作(例如，由顺时针旋转转为停止旋转或逆时针旋转)。

继续参考图1，在一些实施方式中，上部和下部支撑组件120/140还可以各包括一组连接件(上部连接件122和下部连接件142)、储能器(126和146)、液压缸(124和144)和电液伺服阀(128和148)。上部连接件122机械地耦接到主关节110和中间关节150之间，而下部连接件142用于机械地耦接并支撑中间关节150。储能器126/146设置在连接件122/142上，优选设置在连接件122/142上靠近各自上方的关节的一端，储能器126/146用于存储流入其中的液压流体(例如，水或液压油)。液压缸124/144分别设置在储能器126/146下方，液压缸124/144与分别储能器126/146可操作地流体连通(例如，液压缸和储能器内部贯通)，以允许液压流体在其间流动。电液伺服阀128和148设置在液压缸124/144上。电液伺服阀128和148均耦接至运动控制器，并且配置为在运动控制器的控制下开启或关闭其阀口，从而控制液压流体在液压缸124/144和储能器126/146之间的流动。

在另一些实施方式中，运动控制器还用于根据第一腿部机构100的接触传感器170生成的接触感测信号(例如，压力传感信号)和各关节的角度传感信号中的一个或多个控制腿部机构的上部/下部支撑组件120/140中的电液伺服阀128/148所处于的工作模式(例如下文所述的储能模式或驱动模式)。电液伺服阀128和148设置为至少能够在该两种模式下打开。

在储能模式，运动控制器控制电液伺服阀128和/或148的阀口开启，以允许液压流体受到上部/下部连接件122和/或142传递的压力而从液压缸124和/或144流入储能器126和/或146中。具体地，在储能模式下，液压缸124和/或144的活塞会由于重力作用而向下移动，因此推动液压缸124和/或144下部腔体内的液压流体流过电液伺服阀128和/或148的阀口，并不断流入储能器126和/或146。当电液伺服阀128和/或148的阀口关闭时，液压流体停止流动，储能器126和/或146的液压流体不再变化，即储能器126和/或146完成储能，储能模式结束。此外，若在第一腿部机构100落地之后、离地之前的时间段内处于储能模式，流动的液压流体也能为第一腿部机构100的落地冲击提供缓冲减震的效果，显著提高了腿部机构的抗冲击性能。

在驱动模式，运动控制器控制电液伺服阀128和/或148的阀口以另一种方式开启，以允许液压流体从储能器126和/或146压入至液压缸124和/或144中，其中液压流体的压入能够产生沿上部/下部支撑组件120/140的长度方向伸展的驱动力。具体地，开启阀口后，液压流体在重力作用下瞬时从储能器126和/或146压入液压缸124和/或144，由此产生的瞬时爆发力能够助力第一腿部机构100的关节旋转提供额外的助力，即使得上部/下部支撑组件120/140能够产生沿其自身长度方向伸展的上部/下部驱动力。正如前述，在行走过程中，上部/下部驱动力能够提供使得机器人向前或向后移动的动量分量。关于电液伺服阀的具体结构和开启方式，可以参考现有液压系统中的结构，在此不再赘述。

优选地，对于上部支撑组件120，运动控制器用于根据压力传感信号控制上部支撑组件120中的电液伺服阀128所处于的工作模式；而对于下部支撑组件140，运动控制器用于根据第一腿部机构100的中间关节150和主关节110的旋转角度控制腿部机构的下部支撑组件140中的电液伺服阀148所处的工作模式。在一些实施方式中，运动控制器用于在接触感测信号指示腿部机构未与地面接触时生成使得电液伺服阀128和/或148工作于驱动模式的控制信号，并且用于在接触感测信号指示腿部机构与地面接触时生成使得电液伺服阀128和/或148工作于储能模式的控制信号。

为了模拟人类的行走方式，运动控制器被配置为交替地控制第一腿部机构100和第二腿部机构以预定方式行走。

以下结合图2，描述根据本申请的可行走机器人的运动控制器控制行走过程的状态图。参考图2，为清楚起见，其中每个编号的圆表示行走过程中的一种状态，并使用统一的坐标轴x、y，其中x轴平行于水平地面，而y轴则垂直于水平地面，并且以顺时针旋转作为角度正值(“+”)，以逆时针旋转作为角度负值(“-”)。

以图2所示的状态1开始，运动控制器控制可行走机器人的行走过程。但是，通常来说行走状态是一个持续地周期性运行过程，因此可行走机器人也可以以图2所示的其他状态或者任何行走过程中的中间状态作为起始状态，这取决于可行走机器人开始行走时所处的状态，本申请对此并无限制。可以理解的是，本申请提供的行走机器人的运动不限于向前行走，还可以包括倒退行走、跳跃、蹲下等运动，这时可行走机器人的两个腿部机构中的各个关节驱动组件以及支撑组件需要相互配合，其细节和设置与行走时的细节略有不同。

具体地，在可行走机器人行走过程中，腿部机构的工作和控制流程如下：

A)在状态1的起始时刻，主关节处于预定向前旋转角度-α(即，上部支撑组件120或连接件122与坐标轴y之间的角度大小表示为α)，中间关节150处于零旋转角度(即，上部支撑组件120和下部支撑组件140处于同一条直线上)，并打开上部支撑组件120与下部支撑组件140的电液伺服阀128和148的阀口，以使其处于储能模式。

B)在状态1到状态2的过程中，运动控制器始终保持主关节处于预定向前旋转角度-α。在此过程中，当第一腿部机构100(例如其脚后跟)开始与地面接触后，接触传感器170不断生成指示与地面接触的接触情况(例如，压力大小)的接触感测信号。可以理解，第一腿部机构100的着地过程中，接触感测信号指示的压力值越来越大。随着运动控制器不断接收该接触感测信号，运动控制器持续将该压力值与其预先设定的压力阈值(例如，0压力值或某个略大于0的压力值)进行比较。当接收到的压力值大于等于该压力阈值时，运动控制器控制中间关节驱动组件160驱动中间关节150开始顺时针旋转。

在一些实施方式中，在中间关节150顺时针旋转过程中，中间关节150处的角度传感器不断感测中间关节150旋转的角度值并发送给运动控制器。运动控制器持续将该角度值与其预先设定的角度阈值β进行比较，当接收到的角度值大于等于角度阈值β时，运动控制器控制中间关节驱动组件160使得中间关节150停止顺时针旋转。因此，此时运动控制器控制中间关节驱动组件160驱动下部支撑组件140顺时针旋转至预定向上旋转角度+β，这时腿部机构处于状态2。在状态1到状态2的运动过程中，运动控制器仍保持电液伺服阀128和148的阀口开启，使得上部支撑组件120与下部支撑组件140的电液伺服阀128和148仍处于储能模式。液压缸124和144中的活塞在重力作用下向下运动，以使得液压流体从液压缸124和144往上流入储能器126和146中，从而对储能器126和146进行储能。由于在状态1至状态2的过程中，下部支撑组件140大部分的液压流体存在于液压缸144的下部腔体内，腿部机构的重心相对较低，因此此时在液压缸144下部腔体内的液压流体的重力作用也对中间关节150的顺时针旋转起到辅助发力的作用。

C)在状态2到状态3的过程中，由运动控制器控制主关节驱动组件130驱动上部支撑组件120顺时针旋转+2α的角度至预定向后旋转角度+α，同时控制中间关节驱动组件160驱动下部支撑组件140逆时针旋转-β至零旋转角度。在此过程中，运动控制器仍响应于接触传感器170生成的接触感测信号指示腿部机构与地面接触，打开电液伺服阀128和148的阀口，使得上部支撑组件120与下部支撑组件140的电液伺服阀128和148仍处于储能模式，从而液压流体继续从液压缸124和144流入分别的储能器126和146中。而在此过程中，接触感测信号指示的压力值逐渐减小。当第一腿部机构100刚刚离开地面(即压力值刚减少到0)，腿部机构处于状态3，这时运动控制器控制电液伺服阀128和148阀口关闭，液压缸124和144下部腔体的液压流体停止流入到储能器126和146，储能过程结束。

D)在状态3到状态4的过程中，由运动控制器控制主关节驱动组件130驱动上部支撑组件120逆时针旋转-α至预定中间旋转角度(即，使得上部连接件122与水平地面大致垂直的角度)，同时控制中间关节驱动组件160驱动下部支撑组件140顺时针旋转至预定向下旋转角度+γ(优选地，γ可以等于β)。运动控制器响应于接触传感器170生成的接触感测信号指示腿部机构未与地面接触。使得上部支撑组件120的电液伺服阀128处于驱动模式，瞬时开启电液伺服阀128的阀口，以使得液压流体从上部支撑组件120的储能器126压入对应的液压缸124中，产生沿其自身长度方向伸展的上部驱动力。该上部驱动力可以为逆时针旋转的上部支撑组件120提供助力，以在主关节驱动组件130对主关节110的驱动力之外，再额外提供旋转的助力，这使得机器人能够获得向前移动的速度。而在此过程中运动控制器使得下部支撑组件140的电液伺服阀148的阀口仍处于关闭状态，因为此过程中下部支撑组件140顺时针旋转，若打开电液伺服阀148，反而会对其顺时针旋转形成阻力。当上部支撑组件120的主关节处于预定中间旋转角度，且中间关节处于预定向下旋转角度+γ时，腿部机构处于状态4。

E)在状态4到状态1的过程中，由主关节驱动组件130驱动上部支撑组件120逆时针旋转至预定向前旋转角度-α，同时由中间关节驱动组件160驱动下部支撑组件140逆时针旋转-γ至零旋转角度。在此过程中，运动控制器响应于下部支撑组件140处于预定向下旋转角度+γ，打开下部支撑组件140的电液伺服阀148的阀口以使得下部支撑组件140的电液伺服阀148处于驱动模式，以使得液压流体从下部支撑组件140的储能器146压入对应的液压缸144中。如此，液压流体从下部支撑组件140的储能器146压入对应的液压缸144中，产生沿其自身长度方向伸展的下部驱动力。该下部驱动力可以为逆时针旋转的下部支撑组件140提供助力，以在中间关节驱动组件160对中间关节150的驱动力之外，再额外提供旋转的助力。而与此同时，仍保持上部支撑组件120电液伺服阀128的开启，以仍使其处于驱动模式并使其逆时针旋转继续得到额外的助力。当上部支撑组件120的主关节处于预定向前旋转角度-α，且中间关节处于零旋转角度+γ时，腿部机构回复到状态1。

可以理解，第一腿部机构100和第二腿部机构交替重复以上步骤B至E，以使用两个腿部机构完成交替的行走。例如，在交替行走过程中，第一腿部机构和第二腿部机构的下部支撑组件可以交替接触地面，以支撑机器人的主体保持稳定地站立。

在一些实施例中，以上的角度值α、β、γ均可以是0-180°之间适合的数值。而为了更接近人类行走的角度，α可以优选为0-60°之间，更优选为5-30°；β可以优选为0-90°之间，更优选为5-60°；γ可以优选为与β角度值相同。可以理解，以上的角度值α、β、γ仅仅是示例性的，可以根据实际应用与机器人腿部机构的结构来进行调整，例如根据机器人的步幅、移动速度等来调整。此外需要说明的是，上述关于逆时针或顺时针的旋转方向均以图2所示的观察角度来观察机器人行走所表示的；当从机器人左侧观察机器人行走时，逆时针和顺时针的方向可能会变化。

在一个实施例中，在状态1时，第一关节的旋转角度例如为向前15至25度，而第二关节的旋转角度为0；在状态2时，第一关节的旋转角度保持不变，或略有变化，例如变化为向前10至20度，而第二关节的旋转角度为顺时针旋转5度；在状态3时，第一关节的旋转角度可以变化，例如相对于状态2时的角度顺时针旋转30至50度，从而此时第一关节的旋转角度为例如向后15至25度，同时第二关节回复至零旋转角度；在状态4时，第一关节旋转至预定中间旋转角度，大体与地面垂直，而第二关节顺时针旋转至例如15至20度。

可以理解，以上的角度值可以变化，预定向前旋转角度可以不同于预定向后旋转角度；并且在行走过程中一个周期内，两个腿部机构各自发生状态转换所需的角度值可以不等，这样设置可以使得机器人的两个腿部机构移动的距离可以不同，从而使得机器人可以实现偏移前后方向移动。

尽管已经参考某些优选实施例详细描述了本申请，但是在所描述的本申请的一个或多个独立方面的范围和精神内存在各种变化和修改。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了可行走机器人的若干模块或子模块，但是这种划分仅仅是示例性的而非强制性的。实际上，根据本申请的实施例，上文描述的两个或更多模块的特征和功能可以在一个模块中具体化。反之，上文描述的一个模块的特征和功能可以进一步划分为由多个模块来具体化。

本技术领域的一般技术人员可以通过研究说明书、公开的内容及附图和所附的权利要求书，理解和实施对披露的实施方式的其他改变。在权利要求中，措词“包括”不排除其他的元素和步骤，并且措辞“一”、“一个”不排除复数。在本申请的实际应用中，一个零件可能执行权利要求中所引用的多个技术特征的功能。权利要求中的任何附图标记不应理解为对范围的限制。

Claims (14)

1.一种可行走机器人，其特征在于，所述可行走机器人包括：

主体；

耦接至所述主体并支撑所述主体的行走机构，所述行走机构包括：

第一腿部机构，其通过第一主关节可操作地耦接至所述主体，并且能够绕所述第一主关节相对于所述主体旋转；

第二腿部机构，其通过第二主关节可操作地耦接至所述主体，并且能够绕所述第二主关节相对于所述主体旋转；

其中，所述第一腿部机构与所述第二腿部机构中的每一个均包括：

上部支撑组件，其具有沿其长度方向相对设置的第一端和第二端，其中所述上部支撑组件在其第一端耦接至对应的主关节，所述上部支撑组件能够产生沿其长度方向伸展的上部驱动力；

主关节驱动组件，其用于产生使得所述上部支撑组件绕所述主关节旋转的主关节驱动力；

下部支撑组件，其具有沿其长度方向相对设置的第一端和第二端，其中所述下部支撑组件在其第一端经由中间关节耦接至所述上部支撑组件的第二端并且能够绕所述中间关节相对于所述上部支撑组件旋转，以及其中所述下部支撑组件能够产生沿其长度方向伸展的下部驱动力；

中间关节驱动组件，其用于产生使得所述下部支撑组件绕所述中间关节相对于所述上部支撑组件旋转的中间关节驱动力；以及

接触传感器，其被设置于所述下部支撑组件的第二端，用于感测腿部机构与地面的接触并生成接触感测信号；以及

运动控制器，其被配置为根据所述第一腿部机构与所述第二腿部机构的接触传感器生成的接触感测信号以及所述主关节与所述中间关节的旋转角度控制所述上部支撑组件、所述下部支撑组件、所述主关节驱动组件以及所述中间关节驱动组件的运行。

2.根据权利要求1所述的可行走机器人，其特征在于，所述上部支撑组件包括：

上部连接件，其用于机械地耦接所述主关节与所述中间关节；

储能器，其用于存储流入其中的液压流体；

液压缸，其位于所述储能器下方，所述液压缸与所述储能器可操作地流体连通以允许液压流体在其间流动；以及

电液伺服阀，其被耦接至所述运动控制器，并且配置为在所述运动控制器的控制下至少能够在储能模式与驱动模式下打开，其中：在所述储能模式，所述电液伺服阀被打开，以允许液压流体受到上部连接件传递的压力从所述液压缸流入所述储能器中；在所述驱动模式，所述电液伺服阀被打开，以允许液压流体被从所述储能器压入至所述液压缸中，其中所述液压流体的压入能够产生沿所述上部支撑组件的长度方向伸展的上部驱动力。

3.根据权利要求2所述的可行走机器人，其特征在于，所述运动控制器用于根据所述每个腿部机构的接触传感器生成的接触感测信号控制所述腿部机构的上部支撑组件中的电液伺服阀所处于的工作模式。

4.根据权利要求3所述的可行走机器人，其特征在于，所述运动控制器用于在所述接触感测信号指示所述腿部机构未与地面接触时生成使得所述电液伺服阀工作于驱动模式的控制信号，并且用于在所述接触感测信号指示所述腿部机构与地面接触时生成使得所述电液伺服阀工作于储能模式的控制信号。

5.根据权利要求2所述的可行走机器人，其特征在于，所述下部支撑组件包括：

下部连接件，其用于机械地耦接并支撑所述中间关节；

储能器，其用于存储流入其中的液压流体；

液压缸，其位于所述储能器下方，所述液压缸与所述储能器可操作地流体连通以允许液压流体在其间流动；以及

电液伺服阀，其被耦接至所述运动控制器，并且配置为在所述运动控制器的控制下至少能够在储能模式与驱动模式下打开，其中：在所述储能模式，所述电液伺服阀被打开，以允许液压流体受到下部连接件传递的压力从所述液压缸流入所述储能器中；在所述驱动模式，所述电液伺服阀被打开，以允许液压流体能够从所述储能器压入至所述液压缸中，其中所述液压流体的压入能够产生沿所述下部支撑组件的长度方向伸展的下部驱动力。

6.根据权利要求5所述的可行走机器人，其特征在于，所述运动控制器用于根据所述每个腿部机构的所述中间关节和所述主关节的旋转角度控制所述腿部机构的下部支撑组件中的电液伺服阀所处的工作模式。

7.根据权利要求5所述的可行走机器人，其特征在于，所述运动控制器被配置为交替地控制所述第一腿部机构和第二腿部机构以预定方式行走。

8.根据权利要求7所述的可行走机器人，其特征在于，所述第一腿部机构与所述第二腿部机构中的每一个均以下述预定方式行走：

A)设置主关节处于预定向前旋转角度，设置所述中间关节处于零旋转角度，以及设置所述上部支撑组件与所述下部支撑组件的电液伺服阀处于储能模式；

B)保持所述主关节处于所述预定向前旋转角度，同时由所述中间关节驱动组件驱动所述下部支撑组件顺时针旋转至预定向上旋转角度；并且响应于所述接触传感器生成的接触感测信号指示所述腿部机构与地面接触，使得所述上部支撑组件与所述下部支撑组件的电液伺服阀处于储能模式，以使得液压流体从液压缸流入分别的储能器中；

C)由所述主关节驱动组件驱动所述上部支撑组件顺时针旋转至预定向后旋转角度，同时由所述中间关节驱动组件驱动所述下部支撑组件逆时针旋转至零旋转角度；并且响应于所述接触传感器生成的接触感测信号指示所述腿部机构与地面接触，生成使得所述上部支撑组件与所述下部支撑组件的电液伺服阀处于储能模式，以使得液压流体继续从液压缸流入分别的储能器中；

D)由所述主关节驱动组件驱动所述上部支撑组件逆时针旋转至预定中间旋转角度，同时由所述中间关节驱动组件驱动所述下部支撑组件顺时针旋转至预定向下旋转角度；并且响应于所述接触传感器生成的接触感测信号指示所述腿部机构未与地面接触，使得所述上部支撑组件的电液伺服阀处于驱动模式，以使得液压流体从所述上部支撑组件的储能器压入对应的液压缸中，同时使得所述下部支撑组件的电液伺服阀关闭；

E)由所述主关节驱动组件驱动所述上部支撑组件逆时针旋转至所述预定向前旋转角度，同时由所述中间关节驱动组件驱动所述下部支撑组件逆时针旋转至零旋转角度；并且

响应于所述下部支撑组件处于所述预定向下旋转角度，使得所述下部支撑组件的电液伺服阀处于驱动模式，以使得液压流体从所述下部支撑组件的储能器压入对应的液压缸中，同时保持所述上部支撑组件的所述电液伺服阀处于驱动模式；以及

重复所述步骤B至E。

9.根据权利要求1所述的可行走机器人，其特征在于，所述主关节驱动组件包括：

驱动电机，其被设置于所述主关节处，用于生成使得所述上部支撑组件旋转的驱动力；以及

减速器，用于调节所述上部支撑组件旋转的速度。

10.根据权利要求1或9所述的可行走机器人，其特征在于，所述主关节驱动组件包括被设置于所述主体与所述上部支撑组件之间的液压驱动机构。

11.根据权利要求1所述的可行走机器人，其特征在于，所述中间关节驱动组件包括：

驱动电机，其被设置于所述中间关节处，用于生成使得所述下部支撑组件相对于所述上部支撑组件旋转的驱动力；以及

减速器，用于调节所述上部支撑组件旋转的速度。

12.根据权利要求1或11所述的可行走机器人，其特征在于，所述中间关节驱动组件包括被设置于所述上部支撑组件与所述下部支撑组件之间的液压驱动机构。

13.根据权利要求1所述的可行走机器人，其特征在于，所述主关节驱动组件和所述中间关节驱动组件还包括用于检测对应的关节的旋转角度的角度传感器。

14.根据权利要求1所述的可行走机器人，其特征在于，所述接触传感器是压力传感器。

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