CN115416779B - 一种基于重心调整的两腿仿生机器人及其平衡方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人技术领域，具体为一种基于重心调整的两腿仿生机器人及其平衡方法，所述两腿仿生机器人包括头部、躯干、臂部、胯部、循环机构和腿部，所述头部设置在躯干的上方，所述臂部设置在躯干的上端左右两侧，所述胯部设置在躯干的下方，所述腿部设置在胯部的下端左右两侧，本发明相比于比现有技术更简单，主要利用仿生人体倾倒的数据进行人体肢体调整，首先要检测出人体基本的运动数据，测量出机器人的倾倒数据，在倾角感应的范围内进行肢体调整达到平衡，本发明设置有平衡机构和循环机构，通过平衡机构能够将机器人自身的重力转化为机器人对地面吸力，以降低机器人发生倾倒的概率。

Description

一种基于重心调整的两腿仿生机器人及其平衡方法

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体为一种基于重心调整的两腿仿生机器人及其平衡方法。

背景技术

在当代工业中，机器人是自动执行工作的机器装置，包括一切模拟人类行为或思想与模拟其他生物的机械（如机器狗，机器猫，机器车等），如今机器人产业蓬勃发展，机器人已广泛应用于制造业、建筑业，或是危险的工作中。

目前市场上机器人平衡多为轮式，或四条腿的机器人，在机器人平衡方面多以运动算法为主即以机器人的支腿保持持续运动方式或陀螺仪的感应来保证整体平衡。在程序运算方面运算负责，并且核心技术掌握在国外公司手中，在使用上投入成本高，而两腿机器人能够比轮式底部机器人完成更多的动作，满足更多不同地形的通过性和适应性，另外目前的机器人通常无法自动感知和清除地面上的阻碍物，经常会发生滑倒现象，以至于外壳和内部零件受损，影响正常使用，最后目前的机器人供能方式可分为通过电源线直接与外界电源相连接，或者利用电池直接供能，其中通过电源线直接与外界电源相连接的机器人，若是遇到外界电源故障的情况时，当支撑部位无法与地面完全接触时，很容易因受力不平衡而倾倒，进而引发一系列问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于重心调整的两腿仿生机器人及其平衡方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于重心调整的两腿仿生机器人，所述两腿仿生机器人包括头部、躯干、臂部、胯部、循环机构和腿部，所述头部设置在躯干的上方，所述臂部设置在躯干的上端左右两侧，所述胯部设置在躯干的下方，所述腿部设置在胯部的下端左右两侧，所述臂部包括大臂、小臂和手掌，所述大臂、小臂和手掌依次远离躯干的上端，所述腿部包括大腿、小腿和支撑脚，所述大腿、小腿和支撑脚依次远离胯部的下端，所述胯部的底端设置有多维度倾角传感装置，所述头部的内部设置有视觉雷达系统，所述躯干上设置有防护机构，所述防护机构靠近胯部的一侧设置有气泵，所述循环机构设置在腿部的外侧，所述支撑脚的内部设置有平衡机构，所述循环机构的一端与气泵相连接，所述循环机构的另一端与平衡机构相连接，所述防护机构通过导线与平衡机构电性连接。

躯干为本发明的安装基础，通过头部上设置的视觉雷达系统，能够扫描机器人周边环境并且计算机器人的肢体活动空间，通过胯部底端设置的多维度倾角传感装置，能够检测出胯部整体的倾斜角度，并即时反馈至机器人内部的控制系统，本发明中臂部和腿部的各部分均可自由活动，当机器人出现倾倒趋势时，通过驱动臂部和腿部的运动即可消除机器人倾倒趋势，以此保证机器人的稳定性，本发明设置有平衡机构和防护机构，通过平衡机构能够将机器人自身的重力转化为机器人对地面吸力，以降低机器人发生倾倒的概率，同时通过平衡机构能够实时检测出机器人运动的状态，以方便防护机构在适当的时候开启，避免机器人运动时，外界电源突然发生故障，机器人因受力不平衡而发生倾倒现象，最后本发明还设置有循环机构，通过循环机构一方面能够清理地面上的可移动阻碍物，另一方面能够降低机器人运动时腿部内部的温度，防止腿部内部的元器件长时间工作而发热损坏。

进一步的，所述平衡机构包括真空组件、感应组件、稳形组件和转换组件，所述真空组件设置在支撑脚的内部远离小腿的一端，所述转换组件设置在真空组件的上方，所述感应组件设置在真空组件的中间位置处，所述稳形组件设置在支撑脚的底端，所述转换组件的一端与真空组件相连接，所述转换组件的另一端与感应组件相连接，所述感应组件的上端通过导气槽和电动阀门与循环机构相连接，所述感应组件的底部中间位置处通过固定管和套管与稳形组件相连接，所述感应组件的底部左右两端通过导管与真空组件相连接。

通过上述技术方案，机器人每移动一次，稳形组件在机器人自身重力的作用下便会往复升降一次，此时通过转换组件能够驱动感应组件和真空组件工作，通过感应组件能够检测出机器人的运动状态，以方便判断某一时刻机器人的两组支撑脚是否均与地面接触，若外界电源突然发生故障，而两组支撑脚中有一组支撑脚没有与地面接触时，防护机构会自动运行，以此防止机器人因受力不平衡而发生倾倒现象，通过真空组件能够使得稳形组件牢牢吸附地面，以降低机器人发生倾倒的概率。

进一步的，所述真空组件包括真空架，所述真空架的内部靠近感应组件的一端设置有真空室，所述真空架的内部远离感应组件的一端设置有储液室，所述真空室的内部设置有真空塞和固定架，所述真空塞与固定架之间通过复位弹簧相连接，所述感应组件包括感应架，所述感应架的内部设置有空腔，所述空腔的内部设置有导电弹簧杆和感应板，所述感应架的上下两端各设置有一组进气通道，其中一组所述进气通道与导气槽相连接，另外一组所述进气通道与固定管相连接，所述真空室通过导管与感应架内部设置的空腔相连通，所述转换组件包括转换架和齿轮盘，所述稳形组件包括连接架和稳形架，所述转换架的内部设置有齿条架，所述齿条架的两端均设置有密封塞且与齿轮盘啮合连接，所述齿轮盘通过循环线与真空塞相连接，所述连接架的一端伸入储液室内，所述连接架的另一端与稳形架固定连接，所述储液室远离稳形组件的一端与转换架相连通。

通过上述技术方案，机器人的支撑脚在与地面接触的过程中，连接架和稳形架会先与地面接触，随着支撑脚与地面的距离逐渐缩小，连接架和稳形架会向支撑脚的方向移动并挤压储液室内部的传动液，最后齿条架会在转换架内水平移动，齿条架在移动的过程中，一方面使得齿轮盘旋转，进而拉动真空塞，使得真空室为负压状态，另一方面通过齿条架能够使得感应板向远离真空架的方向移动，当感应板移动到感应架的中间位置处时，在气压的作用下，稳形架与地面之间的气体会经过固定管、套管和感应架流入到真空室内，通过稳形架对地面的吸力，能够降低机器人发生倾倒的概率。

进一步的，所述稳形架包括硬质板和弹性板，所述硬质板设置在弹性板的上方，所述弹性板上设置有斜孔，所述硬质板与弹性板之间设置有排气腔，所述硬质板靠近弹性板的一端设置有顶柱，所述弹性板靠近硬质板的一端设置有压电晶体片，所述压电晶体片与电动阀门和气泵信号连接。

通过上述技术方案，机器人迈步支撑脚与地面分离时，支撑脚与地面完全分离后，稳形架才会与地面分离，而稳形架与地面分离的过程中，弹性板会发生形变，进而使得压电晶体片形变产生电信号，此时电动阀门和气泵会开启一段时间，这段时间内气泵会产生一组气流，该组气流会通过循环机构传递到稳形架内，并从斜孔喷出，通过该组气流能够避免地面不干净，而导致稳形架的底部堆积过多杂物，影响机器人后续运动的平稳性，另外若地面上出现可移动阻碍物时，支撑脚在与地面接触的过程中，弹性板会先与阻碍物接触并发生形变，弹性板在形变时，压电晶体会产生一组电信号使得电动阀门和气泵开启，通过气泵产生的气流能够吹动阻碍物，使得阻碍物离开支撑脚的下方，避免机器人出现滑倒现象，最后本发明在硬质板靠近弹性板的一端设置有顶柱，通过顶柱能够避免硬质板与弹性板接触，防止排气腔被截断影响气流的排出。

进一步的，所述循环机构包括通风管、出气架和进气架，所述出气架设置在通风管的上端，所述进气架设置在通风管的下端，所述通风管的内部靠近出气架和进气架的一端分别设置有第一桨叶和第二桨叶，所述通风管通过出气架和进气架与腿部相连通，所述出气架和进气架的内部均设置有转盘和活塞，所述第一桨叶通过第一传动组件与出气架内部设置的转盘相连接，所述第二桨叶通过第二传动组件与进气架内部设置的转盘相连接，所述出气架的内部靠近外表面的一端设置有出气槽，所述出气架靠近腿部的一端设置有出气孔，所述出气槽的内部设置有第一单向出气板，所述出气孔的内部设置有第二单向出气板，所述进气架的内部靠近外表面的一端设置有进气槽，所述进气架靠近腿部的一端设置有进气孔，所述进气槽的内部设置有第一单向进气板，所述进气孔的内部设置有第二单向进气板。

机器人每迈步移动一次，气泵便会开启一次，气泵在开启的这段时间内，会有一组气流穿过通风管，在气流的作用下，第一桨叶和第二桨叶会开始做旋转运动，通过第一传动组件和第二传动组件能够使得出气架和进气架的内部设置的转盘同步，本发明中转盘与活塞之间通过连杆和限位架相连接，通过连杆和限位架能够使得转盘转动时，出气架和进气架的内部设置的活塞做往复直线运动，由于正常情况下，气体的密度会随温度的升高而减小，因此本发明将出气架设置在通风管的上端，将进气架设置在通风管的下端，出气架内部设置的活塞在移动时，腿部内较高温度的气体会被抽出并排到通风管内，进气架内部设置的活塞在移动时，通风管内较低温度的气体会被挤压进腿部内，通过上述技术方案，能够在保证腿部内气流稳定的基础上，防止腿部内的温度过高，导致内部元器件受损。

进一步的，所述感应板共设置有两组，两组所述感应板相互靠近的一端均设置有一组导电片，所述导电弹簧杆贯穿两组导电片，所述防护机构包括防护架，所述防护架的内部上端设置有第一导电块和线圈，所述第一导电块和线圈均与外界电源相连接，所述防护架的内部下端设置有启停板、备用能源和第二导电块，所述启停板通过柔性弹簧杆与防护架相连接，所述备用能源的一端与第二导电块相连接，所述备用能源的另一端与两组导电片相连接，所述启停板靠近线圈的一端具有磁性，所述启停板靠近第一导电块和第二导电块的一端具有导电性，所述启停板通过导线与两腿仿生机器人内部设置的动力系统相连接。

本发明中线圈与外界电源之间通过整流器相连接，备用能源的内部设置有两组电流检测装置，当外界电源正常工作时，线圈会产生一组吸引启停板的磁场，此时启停板会向第一导电块和线圈的方向移动，最后第一导电块会与启停板上具有导电性的区域接触，通过启停板能够使得机器人内部设置的动力系统工作，进而使得机器人能够完成行走等各项指令，当外界电源突然发生故障时，线圈上的磁力会瞬间消失，在柔性弹簧杆和启停板自身重力的作用下，启停板上具有导电性的区域会与第二导电块接触，若支撑脚与地面处于接触状态，那么两组导电片会位于感应架的内部中间位置处，若支撑脚与地面处于非接触状态，那么两组导电片会位于感应架的内部左右两端，本发明中备用能源、两组导电片和电流检测装置串联在一起，通过检测电流检测装置上的电流变化能够判断支撑脚与地面的状态，当两组支撑脚中有一组支撑脚与地面处于非接触状态时，备用能源就会与第二导电块相连通，此时通过备用能源和启停板能够使得机器人继续运行工作，直至两组支撑脚均与地面相接触，以此避免机器人因不平衡而倾倒。

进一步的，所述躯干包括腰椎和肩部，所述胯部与腰椎相连接，所述胯部与腰椎的连接处设置有第一驱动电机和第一编码器，所述腰椎可弯曲并做均匀圆弧运动，所述大腿与胯部的连接处设置有第二驱动电机和第二编码器，所述大腿可做四向运动，所述大腿与小腿的连接处设置有第三驱动电机和第三编码器，所述小腿与支撑脚的连接处设置有第四驱动电机和第四编码器，所述支撑脚可做平行转动，所述大臂与肩部相连接，所述大臂与肩部的连接处设置有第五驱动电机和第五编码器，所述大臂可做双向运动，所述大臂与小臂的连接处设置有第六驱动电机和第六编码器，所述小臂与手掌的连接处设置有第七驱动电机和第七编码器。

本发明中臂部和腿部的各关节均可自由活动，当胯部设置的多维度倾角传感装置检测出机器人有倾倒趋势时，通过各关节连接处的驱动电机和编码器能够及时控制各关节的运动，以此来保持机器人的稳定，另外在防止机器人倾倒的时候，各关节并非同时运动，而是腿部先运动，若是不足以调整则腰椎接着运动，最后臂部运动，通过上述技术方案，能够递进调整，防止纠偏过度。

该平衡方法包括以下步骤：

步骤一：测量出机器人整体的重心以及机器人倾倒的角度范围，将倾倒角度输入进机器人内部的控制系统；

步骤二：当胯部设置的多维度倾角传感装置检测出机器人有倾倒角度并超过设定的倾倒角度，预判机器人将会倾倒时，机器人内部的控制系统发布指令驱动腿部运动来调整胯部倾角保持稳定；

步骤三：当腿部调整角度不够矫正胯部倾角时，机器人内部的控制系统发布指令驱动腰椎运动，调整腰椎角度，以保持机器人的平衡；

步骤四：当腰椎调整角度不够矫正胯部倾角时，机器人内部的控制系统发布指令驱动大臂和小臂运动，通过肩部和腰椎传递给胯部，进而使得机器人保持平衡；

步骤五：当机器人正向调整不够时，则在胯部为重心的基础上对腰椎调整反向运动；

步骤六：当机器人左右倾角时，调整两组腿部之间的距离并控制腰椎反向运动。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明相比于比目前的两腿仿生机器人技术更简单，主要利用仿生人体倾倒的数据进行人体肢体调整，首先要检测出人体基本的运动数据，测量出机器人的倾倒数据，在倾角感应的范围内进行肢体调整达到平衡，本发明设置有平衡机构和循环机构，机器人在迈步移动时，机器人的支撑脚与地面会循环往复的接触和分离，支撑脚与地面接触的过程中，通过平衡机构能够将机器人自身的重力转化为机器人对地面吸力，以降低机器人发生倾倒的概率，另外若地面上出现可移动阻碍物时，平衡机构会发出一组信号使得气泵工作，通过平衡机构和循环机构能够在支撑脚的下方产生一组短暂的气流，通过该组气流能够吹动阻碍物，使得阻碍物离开支撑脚的下方，避免机器人出现滑倒现象，而机器人支撑脚与地面分离的过程中，平衡机构相比于支撑脚会有一定的延后性，并且弹性板会发生形变，此时气泵喷出一组气流，通过该组气流能够避免地面不干净，而导致稳形架的底部堆积过多杂物，影响机器人后续运动的平稳性，最后通过平衡机构还能检测出机器人运动的状态，以方便防护机构在适当的时候开启，避免机器人运动时，外界电源突然发生故障，机器人因受力不平衡而发生倾倒现象，同时通过循环机构还能降低机器人运动时腿部内部的温度，防止腿部内部的元器件长时间工作而发热损坏。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的支撑脚内部结构示意图；

图3是本发明的平衡机构结构示意图；

图4是本发明的支撑脚与地面接触时平衡机构内部气体流动示意图；

图5是本发明的支撑脚与阻碍物接触时稳形组件内部气体流动示意图；

图6是本发明的循环机构结构示意图；

图7是本发明的循环机构工作时内部气体流动示意图；

图8是本发明的防护机构结构示意图。

图中：1-头部、2-躯干、21-防护机构、211-防护架、212-第一导电块、213-线圈、214-启停板、215-备用能源、216-第二导电块、3-臂部、31-大臂、32-小臂、33-手掌、4-胯部、5-循环机构、51-通风管、52-出气架、521-出气槽、522-出气孔、523-转盘、524-第一桨叶、53-进气架、531-进气槽、532-进气孔、533-第二桨叶、6-腿部、61-大腿、62-小腿、63-支撑脚、631-导气槽、64-平衡机构、641-真空组件、6411-真空架、6412-真空室、6413-真空塞、642-感应组件、6421-感应架、6422-感应板、6423-固定管、643-稳形组件、6431-连接架、6432-稳形架、64321-硬质板、64322-弹性板、6433-套管、644-转换组件、6441-齿条架、6442-转换架、6443-齿轮盘。

具体实施方式

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。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

如图1、图2、图4和图5所示，一种基于重心调整的两腿仿生机器人，两腿仿生机器人包括头部1、躯干2、臂部3、胯部4、循环机构5和腿部6，头部1设置在躯干2的上方，臂部3设置在躯干2的上端左右两侧，胯部4设置在躯干2的下方，腿部6设置在胯部4的下端左右两侧，臂部3包括大臂31、小臂32和手掌33，大臂31、小臂32和手掌33依次远离躯干2的上端，腿部6包括大腿61、小腿62和支撑脚63，大腿61、小腿62和支撑脚63依次远离胯部4的下端，胯部4的底端设置有多维度倾角传感装置，头部1的内部设置有视觉雷达系统，躯干2上设置有防护机构21，防护机构21靠近胯部4的一侧设置有气泵，循环机构5设置在腿部6的外侧，支撑脚63的内部设置有平衡机构64，循环机构5的一端与气泵相连接，循环机构5的另一端与平衡机构64相连接，防护机构21通过导线与平衡机构64电性连接。

躯干2为本发明的安装基础，通过头部1上设置的视觉雷达系统，能够扫描机器人周边环境并且计算机器人的肢体活动空间，通过胯部4底端设置的多维度倾角传感装置，能够检测出胯部4整体的倾斜角度，并即时反馈至机器人内部的控制系统，本发明中臂部3和腿部6的各部分均可自由活动，当机器人出现倾倒趋势时，通过驱动臂部3和腿部6的运动即可消除机器人倾倒趋势，以此保证机器人的稳定性，本发明设置有平衡机构64和防护机构21，通过平衡机构64能够将机器人自身的重力转化为机器人对地面吸力，以降低机器人发生倾倒的概率，同时通过平衡机构64能够实时检测出机器人运动的状态，以方便防护机构21在适当的时候开启，避免机器人运动时，外界电源突然发生故障，机器人因受力不平衡而发生倾倒现象，最后本发明还设置有循环机构5，通过循环机构5一方面能够清理地面上的可移动阻碍物，另一方面能够降低机器人运动时腿部6内部的温度，防止腿部6内部的元器件长时间工作而发热损坏。

如图2、图4和图5所示，平衡机构64包括真空组件641、感应组件642、稳形组件643和转换组件644，真空组件641设置在支撑脚63的内部远离小腿62的一端，转换组件644设置在真空组件641的上方，感应组件642设置在真空组件641的中间位置处，稳形组件643设置在支撑脚63的底端，转换组件644的一端与真空组件641相连接，转换组件644的另一端与感应组件642相连接，感应组件642的上端通过导气槽631和电动阀门与循环机构5相连接，感应组件642的底部中间位置处通过固定管6423和套管6433与稳形组件643相连接，感应组件642的底部左右两端通过导管与真空组件641相连接。

通过上述技术方案，机器人每移动一次，稳形组件643在机器人自身重力的作用下便会往复升降一次，此时通过转换组件644能够驱动感应组件642和真空组件641工作，通过感应组件642能够检测出机器人的运动状态，以方便判断某一时刻机器人的两组支撑脚63是否均与地面接触，若外界电源突然发生故障，而两组支撑脚63中有一组支撑脚63没有与地面接触时，防护机构21会自动运行，以此防止机器人因受力不平衡而发生倾倒现象，通过真空组件641能够使得稳形组件643牢牢吸附地面，以降低机器人发生倾倒的概率。

如图2-图5所示，真空组件641包括真空架6411，真空架6411的内部靠近感应组件642的一端设置有真空室6412，真空室6412的内部设置有真空塞6413和固定架，真空塞6413与固定架之间通过复位弹簧相连接，真空架6411的内部远离感应组件642的一端设置有储液室，储液室的内部填充有传动液，感应组件642包括感应架6421，感应架6421的内部设置有空腔，空腔的内部设置有导电弹簧杆和感应板6422，感应架6421的上下两端各设置有一组进气通道，其中一组进气通道与导气槽631相连接，另外一组进气通道与固定管6423相连接，真空室6412通过导管与感应架6421内部设置的空腔相连通，转换组件644包括转换架6442和齿轮盘6443，稳形组件643包括连接架6431和稳形架6432，转换架6442的内部设置有齿条架6441，齿条架6441的两端均设置有密封塞且与齿轮盘6443啮合连接，齿轮盘6443通过循环线与真空塞6413相连接，连接架6431的一端伸入储液室内，连接架6431的另一端与稳形架6432固定连接，储液室远离稳形组件643的一端与转换架6442相连通。

通过上述技术方案，机器人的支撑脚63在与地面接触的过程中，连接架6431和稳形架6432会先与地面接触，随着支撑脚63与地面的距离逐渐缩小，连接架6431和稳形架6432会向支撑脚63的方向移动并挤压储液室内部的传动液，最后齿条架6441会在转换架6442内水平移动，齿条架6441在移动的过程中，一方面使得齿轮盘6443旋转，进而拉动真空塞6413，使得真空室6412为负压状态，另一方面通过齿条架6441能够使得感应板6422向远离真空架6411的方向移动，当感应板6422移动到感应架6421的中间位置处时，在气压的作用下，稳形架6432与地面之间的气体会经过固定管6423、套管6433和感应架6421流入到真空室6412内，通过稳形架6432对地面的吸力，能够降低机器人发生倾倒的概率。

如图2-图5所示，稳形架6432包括硬质板64321和弹性板64322，硬质板64321设置在弹性板64322的上方，弹性板64322上设置有斜孔，硬质板64321与弹性板64322之间设置有排气腔，硬质板64321靠近弹性板64322的一端设置有顶柱，弹性板64322靠近硬质板64321的一端设置有压电晶体片，压电晶体片与电动阀门和气泵信号连接。

通过上述技术方案，机器人迈步支撑脚63与地面分离时，支撑脚63与地面完全分离后，稳形架6432才会与地面分离，而稳形架6432与地面分离的过程中，弹性板64322会发生形变，进而使得压电晶体片形变产生电信号，此时电动阀门和气泵会开启一段时间，这段时间内气泵会产生一组气流，该组气流会通过循环机构5传递到稳形架6432内，并从斜孔喷出，通过该组气流能够避免地面不干净，而导致稳形架6432的底部堆积过多杂物，影响机器人后续运动的平稳性，另外若地面上出现可移动阻碍物时，支撑脚63在与地面接触的过程中，弹性板64322会先与阻碍物接触并发生形变，弹性板64322在形变时，压电晶体会产生一组电信号使得电动阀门和气泵开启，通过气泵产生的气流能够吹动阻碍物，使得阻碍物离开支撑脚63的下方，避免机器人出现滑倒现象，最后本发明在硬质板64321靠近弹性板64322的一端设置有顶柱，通过顶柱能够避免硬质板64321与弹性板64322接触，防止排气腔被截断影响气流的排出。

如图1、图6和图7所示，循环机构5包括通风管51、出气架52和进气架53，出气架52设置在通风管51的上端，进气架53设置在通风管51的下端，通风管51的内部靠近出气架52和进气架53的一端分别设置有第一桨叶524和第二桨叶533，通风管51通过出气架52和进气架53与腿部6相连通，出气架52和进气架53的内部均设置有转盘523和活塞，第一桨叶524通过第一传动组件与出气架52内部设置的转盘523相连接，第二桨叶533通过第二传动组件与进气架53内部设置的转盘523相连接，出气架52的内部靠近外表面的一端设置有出气槽521，出气架52靠近腿部6的一端设置有出气孔522，出气槽521的内部设置有第一单向出气板，出气孔522的内部设置有第二单向出气板，进气架53的内部靠近外表面的一端设置有进气槽531，进气架53靠近腿部6的一端设置有进气孔532，进气槽531的内部设置有第一单向进气板，进气孔532的内部设置有第二单向进气板。

机器人每迈步移动一次，气泵便会开启一次，气泵在开启的这段时间内，会有一组气流穿过通风管51，在气流的作用下，第一桨叶524和第二桨叶533会开始做旋转运动，通过第一传动组件和第二传动组件能够使得出气架52和进气架53的内部设置的转盘523同步，本发明中转盘523与活塞之间通过连杆和限位架相连接，通过连杆和限位架能够使得转盘523转动时，出气架52和进气架53的内部设置的活塞做往复直线运动，由于正常情况下，气体的密度会随温度的升高而减小，因此本发明将出气架52设置在通风管51的上端，将进气架53设置在通风管51的下端，出气架52内部设置的活塞在移动时，腿部6内较高温度的气体会被抽出并排到通风管51内，进气架53内部设置的活塞在移动时，通风管51内较低温度的气体会被挤压进腿部6内，通过上述技术方案，能够在保证腿部6内气流稳定的基础上，防止腿部6内的温度过高，导致内部元器件受损。

如图1、图4和图8所示，感应板6422共设置有两组，两组感应板6422相互靠近的一端均设置有一组导电片，导电弹簧杆贯穿两组导电片，防护机构21包括防护架211，防护架211的内部上端设置有第一导电块212和线圈213，第一导电块212和线圈213均与外界电源相连接，防护架211的内部下端设置有启停板214、备用能源215和第二导电块216，启停板214通过柔性弹簧杆与防护架211相连接，备用能源215的一端与第二导电块216相连接，备用能源215的另一端与两组导电片相连接，启停板214靠近线圈213的一端具有磁性，启停板214靠近第一导电块212和第二导电块216的一端具有导电性，启停板214通过导线与两腿仿生机器人内部设置的动力系统相连接。

本发明中线圈213与外界电源之间通过整流器相连接，备用能源215的内部设置有两组电流检测装置，当外界电源正常工作时，线圈213会产生一组吸引启停板214的磁场，此时启停板214会向第一导电块212和线圈213的方向移动，最后第一导电块212会与启停板214上具有导电性的区域接触，通过启停板214能够使得机器人内部设置的动力系统工作，进而使得机器人能够完成行走等各项指令，当外界电源突然发生故障时，线圈213上的磁力会瞬间消失，在柔性弹簧杆和启停板214自身重力的作用下，启停板214上具有导电性的区域会与第二导电块216接触，若支撑脚63与地面处于接触状态，那么两组导电片会位于感应架6421的内部中间位置处，若支撑脚63与地面处于非接触状态，那么两组导电片会位于感应架6421的内部左右两端，本发明中备用能源215、两组导电片和电流检测装置串联在一起，通过检测电流检测装置上的电流变化能够判断支撑脚63与地面的状态，当两组支撑脚63中有一组支撑脚63与地面处于非接触状态时，备用能源215就会与第二导电块216相连通，此时通过备用能源215和启停板214能够使得机器人继续运行工作，直至两组支撑脚63均与地面相接触，以此避免机器人因不平衡而倾倒。

如图1所示，躯干2包括腰椎和肩部，胯部4与腰椎相连接，胯部4与腰椎的连接处设置有第一驱动电机和第一编码器，腰椎可弯曲并做均匀圆弧运动，大腿61与胯部4的连接处设置有第二驱动电机和第二编码器，大腿61可做四向运动，大腿61与小腿62的连接处设置有第三驱动电机和第三编码器，小腿62与支撑脚63的连接处设置有第四驱动电机和第四编码器，支撑脚63可做平行转动，大臂31与肩部相连接，大臂31与肩部的连接处设置有第五驱动电机和第五编码器，大臂31可做双向运动，大臂31与小臂32的连接处设置有第六驱动电机和第六编码器，小臂32与手掌33的连接处设置有第七驱动电机和第七编码器。

本发明中臂部3和腿部6的各关节均可自由活动，当胯部设置的多维度倾角传感装置检测出机器人有倾倒趋势时，通过各关节连接处的驱动电机和编码器能够及时控制各关节的运动，以此来保持机器人的稳定，另外在防止机器人倾倒的时候，各关节并非同时运动，而是腿部6先运动，若是不足以调整则腰椎接着运动，最后臂部3运动，通过上述技术方案，能够递进调整，防止纠偏过度。

该平衡方法包括以下步骤：

步骤一：测量出机器人整体的重心以及机器人倾倒的角度范围，将倾倒角度输入进机器人内部的控制系统；

步骤二：当胯部4设置的多维度倾角传感装置检测出机器人有倾倒角度并超过设定的倾倒角度，预判机器人将会倾倒时，机器人内部的控制系统发布指令驱动腿部6运动来调整胯部4倾角保持稳定；

步骤三：当腿部6调整角度不够矫正胯部4倾角时，机器人内部的控制系统发布指令驱动腰椎运动，调整腰椎角度，以保持机器人的平衡；

步骤四：当腰椎调整角度不够矫正胯部4倾角时，机器人内部的控制系统发布指令驱动大臂31和小臂32运动，通过肩部和腰椎传递给胯部4，进而使得机器人保持平衡；

步骤五：当机器人正向调整不够时，则在胯部4为重心的基础上对腰椎调整反向运动；

步骤六：当机器人左右倾角时，调整两组腿部6之间的距离并控制腰椎反向运动。

本发明的工作原理：机器人在迈步移动时，机器人的支撑脚63与地面会循环往复的接触和接触，支撑脚63与地面的过程中，连接架6431和稳形架6432会向支撑脚63的方向移动并使得齿条架6441在转换架6442内水平移动，通过齿条架6441和齿轮盘6443能够使得真空室6412变为负压状态，同时通过齿条架6441能够将感应板6422顶到感应架6421的中间位置处，在气压的作用下，稳形架6432与地面之间的气体会经过固定管6423、套管6433和感应架6421流入到真空室6412内，通过稳形架6432对地面的吸力，能够降低机器人发生倾倒的概率，支撑脚63与地面分离时，弹性板64322会发生形变，进而使得压电晶体片形变产生电信号，此时电动阀门和气泵会开启一段时间，这段时间内气泵会产生一组气流，该组气流会通过循环机构5传递到稳形架6432内，并从斜孔喷出，通过该组气流能够避免地面不干净，而导致稳形架6432的底部堆积过多杂物，影响机器人后续运动的平稳性，另外机器人每迈步移动一次，气泵便会开启一次，通过气泵产生的气流能够使得第一桨叶524和第二桨叶533做旋转运动，通过第一桨叶524和第二桨叶533能够控制出气架52和进气架53的内部设置的活塞做往复直线运动，当出气架52内部设置的活塞在移动时，腿部6内较高温度的气体会被抽出并排到通风管51内，当进气架53内部设置的活塞在移动时，通风管51内较低温度的气体会被挤压进腿部6内，通过循环机构5能够在保证腿部6内气流稳定的基础上，防止腿部6内的温度过高，最后机器人头部1上设置的视觉雷达系统，会自动扫描机器人周边环境并且计算机器人的肢体活动空间，而通过胯部4底端设置的多维度倾角传感装置，能够检测出胯部4整体的倾斜角度，并即时反馈至机器人内部的控制系统，本发明中臂部3和腿部6的各部分均可自由活动，当机器人出现倾倒趋势时，通过驱动臂部3和腿部6的运动即可消除机器人倾倒趋势，以此保证机器人的稳定性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于重心调整的两腿仿生机器人，所述两腿仿生机器人包括头部（1）、躯干（2）、臂部（3）、胯部（4）和腿部（6），所述头部（1）设置在躯干（2）的上方，所述臂部（3）设置在躯干（2）的上端左右两侧，所述胯部（4）设置在躯干（2）的下方，所述腿部（6）设置在胯部（4）的下端左右两侧，所述臂部（3）包括大臂（31）、小臂（32）和手掌（33），所述大臂（31）、小臂（32）和手掌（33）依次远离躯干（2）的上端，所述腿部（6）包括大腿（61）、小腿（62）和支撑脚（63），所述大腿（61）、小腿（62）和支撑脚（63）依次远离胯部（4）的下端，其特征在于：所述胯部（4）的底端设置有多维度倾角传感装置，所述头部（1）的内部设置有视觉雷达系统，所述躯干（2）上设置有防护机构（21），所述防护机构（21）靠近胯部（4）的一侧设置有气泵，所述腿部（6）的外侧设置有循环机构（5），所述支撑脚（63）的内部设置有平衡机构（64），所述循环机构（5）的一端与气泵相连接，所述循环机构（5）的另一端与平衡机构（64）相连接，所述防护机构（21）通过导线与平衡机构（64）电性连接；

所述平衡机构（64）包括真空组件（641）、感应组件（642）、稳形组件（643）和转换组件（644），所述真空组件（641）设置在支撑脚（63）的内部远离小腿（62）的一端，所述转换组件（644）设置在真空组件（641）的上方，所述感应组件（642）设置在真空组件（641）的中间位置处，所述稳形组件（643）设置在支撑脚（63）的底端，所述转换组件（644）的一端与真空组件（641）相连接，所述转换组件（644）的另一端与感应组件（642）相连接，所述感应组件（642）的上端通过导气槽（631）和电动阀门与循环机构（5）相连接，所述感应组件（642）的底部中间位置处通过固定管（6423）和套管（6433）与稳形组件（643）相连接，所述感应组件（642）的底部左右两端通过导管与真空组件（641）相连接；

所述循环机构（5）包括通风管（51）、出气架（52）和进气架（53），所述出气架（52）设置在通风管（51）的上端，所述进气架（53）设置在通风管（51）的下端，所述通风管（51）的内部靠近出气架（52）和进气架（53）的一端分别设置有第一桨叶（524）和第二桨叶（533），所述通风管（51）通过出气架（52）和进气架（53）与腿部（6）相连通，所述出气架（52）和进气架（53）的内部均设置有转盘（523）和活塞，所述第一桨叶（524）通过第一传动组件与出气架（52）内部设置的转盘（523）相连接，所述第二桨叶（533）通过第二传动组件与进气架（53）内部设置的转盘（523）相连接，所述出气架（52）的内部靠近外表面的一端设置有出气槽（521），所述出气架（52）靠近腿部（6）的一端设置有出气孔（522），所述出气槽（521）的内部设置有第一单向出气板，所述出气孔（522）的内部设置有第二单向出气板，所述进气架（53）的内部靠近外表面的一端设置有进气槽（531），所述进气架（53）靠近腿部（6）的一端设置有进气孔（532），所述进气槽（531）的内部设置有第一单向进气板，所述进气孔（532）的内部设置有第二单向进气板；

所述真空组件（641）包括真空架（6411），所述真空架（6411）的内部靠近感应组件（642）的一端设置有真空室（6412），所述真空架（6411）的内部远离感应组件（642）的一端设置有储液室，所述真空室（6412）的内部设置有真空塞（6413）和固定架，所述真空塞（6413）与固定架之间通过复位弹簧相连接，所述感应组件（642）包括感应架（6421），所述感应架（6421）的内部设置有空腔，所述空腔的内部设置有导电弹簧杆和感应板（6422），所述感应架（6421）的上下两端各设置有一组进气通道，其中一组所述进气通道与导气槽（631）相连接，另外一组所述进气通道与固定管（6423）相连接，所述真空室（6412）通过导管与感应架（6421）内部设置的空腔相连通，所述转换组件（644）包括转换架（6442）和齿轮盘（6443），所述稳形组件（643）包括连接架（6431）和稳形架（6432），所述转换架（6442）的内部设置有齿条架（6441），所述齿条架（6441）的两端均设置有密封塞且与齿轮盘（6443）啮合连接，所述齿轮盘（6443）通过循环线与真空塞（6413）相连接，所述连接架（6431）的一端伸入储液室内，所述连接架（6431）的另一端与稳形架（6432）固定连接，所述储液室远离稳形组件（643）的一端与转换架（6442）相连通；

所述稳形架（6432）包括硬质板（64321）和弹性板（64322），所述硬质板（64321）设置在弹性板（64322）的上方，所述弹性板（64322）上设置有斜孔，所述硬质板（64321）与弹性板（64322）之间设置有排气腔，所述硬质板（64321）靠近弹性板（64322）的一端设置有顶柱，所述弹性板（64322）靠近硬质板（64321）的一端设置有压电晶体片，所述压电晶体片与电动阀门和气泵信号连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于重心调整的两腿仿生机器人，其特征在于：所述感应板（6422）共设置有两组，两组所述感应板（6422）相互靠近的一端均设置有一组导电片，所述导电弹簧杆贯穿两组导电片，所述防护机构（21）包括防护架（211），所述防护架（211）的内部上端设置有第一导电块（212）和线圈（213），所述第一导电块（212）和线圈（213）均与外界电源相连接，所述防护架（211）的内部下端设置有启停板（214）、备用能源（215）和第二导电块（216），所述启停板（214）通过柔性弹簧杆与防护架（211）相连接，所述备用能源（215）的一端与第二导电块（216）相连接，所述备用能源（215）的另一端与两组导电片相连接，所述启停板（214）靠近线圈（213）的一端具有磁性，所述启停板（214）靠近第一导电块（212）和第二导电块（216）的一端具有导电性，所述启停板（214）通过导线与两腿仿生机器人内部设置的动力系统相连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于重心调整的两腿仿生机器人，其特征在于：所述躯干（2）包括腰椎和肩部，所述胯部（4）与腰椎相连接，所述胯部（4）与腰椎的连接处设置有第一驱动电机和第一编码器，所述腰椎可弯曲并做均匀圆弧运动，所述大腿（61）与胯部（4）的连接处设置有第二驱动电机和第二编码器，所述大腿（61）可做四向运动，所述大腿（61）与小腿（62）的连接处设置有第三驱动电机和第三编码器，所述小腿（62）与支撑脚（63）的连接处设置有第四驱动电机和第四编码器，所述支撑脚（63）可做平行转动，所述大臂（31）与肩部相连接，所述大臂（31）与肩部的连接处设置有第五驱动电机和第五编码器，所述大臂（31）可做双向运动，所述大臂（31）与小臂（32）的连接处设置有第六驱动电机和第六编码器，所述小臂（32）与手掌（33）的连接处设置有第七驱动电机和第七编码器。

4.根据权利要求3所述的一种基于重心调整的两腿仿生机器人的平衡方法，该平衡方法包括以下步骤：

步骤一：测量出机器人整体的重心以及机器人倾倒的角度范围，将倾倒角度输入进机器人内部的控制系统；

步骤二：当胯部（4）设置的多维度倾角传感装置检测出机器人有倾倒角度并超过设定的倾倒角度，预判机器人将会倾倒时，机器人内部的控制系统发布指令驱动腿部（6）运动来调整胯部（4）倾角保持稳定；

步骤三：当腿部（6）调整角度不够矫正胯部（4）倾角时，机器人内部的控制系统发布指令驱动腰椎运动，调整腰椎角度，以保持机器人的平衡；

步骤四：当腰椎调整角度不够矫正胯部（4）倾角时，机器人内部的控制系统发布指令驱动大臂（31）和小臂（32）运动，通过肩部和腰椎传递给胯部（4），进而使得机器人保持平衡；

步骤五：当机器人正向调整不够时，则在胯部（4）为重心的基础上对腰椎调整反向运动；

步骤六：当机器人左右倾角时，调整两组腿部（6）之间的距离并控制腰椎反向运动。