CN205870560U - 一种带防倾覆装置的直立机器人 - Google Patents

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刘向宇
王正初
李绣峰
韩文杰
陈力勇
徐聪
吴小洲
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Abstract

本实用新型提供了一种带有防倾覆装置的直立机器人，包括依次铰接的上杆、下杆及脚部，还包括摆锤，所述摆锤远离锤体的一端与所述上杆铰接，所述上杆的质心P1的位置高于所述摆锤与上杆的铰接点A，所述摆锤与上杆的铰接点A处设有用于检测摆锤与上杆之间夹角θ1的旋转编码器，所述上杆与下杆的铰接点B处设有用于调节上杆与下杆之间夹角θ的驱动电机，以及用于控制所述驱动电机的控制器，所述控制器连接所述旋转编码器。本实用新型解决的带有防倾覆装置的直立机器人，具有良好的稳定性，能够有效防止倾覆发生。

Description

一种带防倾覆装置的直立机器人
技术领域
本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及到一种带防倾覆装置的直立机器人。
背景技术
机器人(Robot)是自动执行工作的机器装置，可以协助或取代人类的工作，例如制造业、建筑业，或是危险的工作。随着机器人技术的逐步发展，越来越多的机器人应用在了人类的生产和生活中。
直立机器人本体一般采用空间开链连杆机构，其中的运动副(转动副或移动副)常称为关节，关节个数通常即为机器人的自由度数。现有技术下，直立机器人如果发生倾覆，再靠自身的力量很难起来。因此，需要在机器人上设置防倾覆装置，以便提高机器人的稳定性，防止其发生倾覆。
实用新型内容
本实用新型解决的技术问题在于提供一种带有防倾覆装置的直立机器人，具有良好的稳定性，能够有效防止倾覆发生。
为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：
一种带有防倾覆装置的直立机器人，包括依次铰接的上杆、下杆及脚部，还包括摆锤，所述摆锤远离锤体的一端与所述上杆铰接，所述上杆的质心P1的位置高于所述摆锤与上杆的铰接点A，所述摆锤与上杆的铰接点A处设有用于检测摆锤与上杆之间夹角θ1的旋转编码器，所述上杆与下杆的铰接点B处设有用于调节上杆与下杆之间夹角θ的驱动电机，以及用于控制所述驱动电机的控制器，所述控制器连接所述旋转编码器。
进一步的，所述下杆的质量为m1，杆长为L1，下杆的质心P2到下杆与脚部的铰接点C的距离为L4，上杆的质量为m2，上杆的质心P1到铰接点A的距离为L3，铰接点A到铰接点B的距离为L2，所述驱动电机的质量为m3，其中，L1＝L2，且满足如下条件：m1*L4+m3*L1＝m2*L3。
本实用新型的带有防倾覆装置的直立机器人，通过在机器人的上杆的质心位置下方铰接摆锤并设置测量摆锤与上杆夹角的旋转编码器，以及在上杆与下杆的铰接处设置驱动电机和控制器，使得机器人能够根据自身的状态(即上下杆的倾角)调整上杆与下杆的夹角，从而达到维持自身平衡、防止倾覆的目的。进一步的，本实用新型的直立机器人通过合理设计上杆和下杆的长度、质量及质心位置，能够更好地增强自身的平衡性，降低控制难度，具有更好的实用性。
附图说明
图1为本实用新型的直立机器人实施例的结构示意图。
图2为图1中的直立机器人重心前倾时的位姿示意图。
图3为图2中的直立机器人上杆和下杆之间的夹角调整后的位姿示意图。
图4为图3中的直立机器人的抽象受力结构示意图。
具体实施方式
为了进一步理解本实用新型，下面结合实施例对本实用新型优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本实用新型的特征和优点，而不是对本实用新型权利要求的限制。
如图1所示，本实用新型的较佳实施例中，直立机器人包括上杆1、下杆2和脚部3。在上杆1的中间，安装有摆锤4，摆锤4远离锤体的一端与上杆1铰接。特别的，上杆1的质心P1的位置高于摆锤4与上杆1的铰接点A。同时，摆锤4与上杆1的铰接点A处还安装有用于检测摆锤4与上杆1之间夹角θ1的旋转编码器。另外，上杆1与下杆2的铰接点B处安装有有用于调节上杆1与下杆2之间夹角θ的驱动电机，以及用于控制该驱动电机的控制器，该控制器连接旋转编码器。上述的旋转编码器、驱动电机、控制器由于其安装位置，未在图中画出，但不影响其功能实现。
图2为上述实施例中的机器人在某种情况下(如手抓重物等)，重心前倾时的位姿。此时，摆锤4的垂体处于铅垂位置，其内部的旋转编码器能检测摆锤相对于机器人躯干转动的角度。若角度过大，机器人可能倾覆。
图3是在检测到摆锤4的转角后，控制器控制驱动电机调整上杆1和下杆2之间的夹角后的位姿。该位姿能防止机器人倾覆。
具体的，如图4所示，设置下杆2的质量为m1，杆长为L1，下杆2的质心P2到下杆2与脚部3的铰接点C的距离为L4，上杆1的质量为m2，上杆1的质心P1到铰接点A的距离为L3，铰接点A到铰接点B的距离为L2，驱动电机的质量为m3；并取L1＝L2。
为了机器人平衡，摆锤4的重心始终落在脚部3的中点(即下杆2和脚部3的铰接处)；考虑受力平衡，则需要满足以下条件：
m1*L4*sinθ2+m3*L1*sinθ2＝m2*L3*sinθ1
由于L1＝L2，则θ1＝θ2，则上述平衡满足以下条件即可：
m1*L4+m3*L1＝m2*L3，
即本实用新型中的防倾覆机器人在设计的时候需要满足以上条件。
在运动的过程中，需要实时检测摆锤4和上杆1的夹角θ1，通过控制器控制驱动电机实时调节θ，使θ＝180-2θ1。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (2)

1.一种带防倾覆装置的直立机器人，包括依次铰接的上杆、下杆及脚部，其特征在于：还包括摆锤，所述摆锤远离锤体的一端与所述上杆铰接，所述上杆的质心P1的位置高于所述摆锤与上杆的铰接点A，所述摆锤与上杆的铰接点A处设有用于检测摆锤与上杆之间夹角θ1的旋转编码器，所述上杆与下杆的铰接点B处设有用于调节上杆与下杆之间夹角θ的驱动电机，以及用于控制所述驱动电机的控制器，所述控制器连接所述旋转编码器。
2.如权利要求1所述的带防倾覆装置的直立机器人，其特征在于：所述下杆的质量为m1，杆长为L1，下杆的质心P2到下杆与脚部的铰接点C的距离为L4，上杆的质量为m2，上杆的质心P1到铰接点A的距离为L3，铰接点A到铰接点B的距离为L2，所述驱动电机的质量为m3，其中，L1=L2，且满足如下条件：m1*L4+ m3*L1= m2*L3。
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