CN211220775U - 双足行走型机器人的行走支撑机构 - Google Patents

Abstract

一种有助于双足行走型机器人在负重情况下，能够在各种路况平稳行走、起蹲和站立的双足行走型机器人的行走支撑机构。在该机器人的上躯体上设可向前或向后伸展开的支撑机构，该支撑机构可使该机器人在负重时的重力作用线的落点位于该支撑机构的着地点与该机器人足部的着地点之间。该支撑机构依据机器人负重站立和行走状况自动向前或向后伸展，以使该机器人在负重的情况下，无论在站立、平地行走、攀坡登高、上下楼梯、下蹲或起立时都能够保持重心平稳不会倾倒，运动平稳顺畅。当机器人不负重、不需要协助支撑时，机器人控制系统控制支撑机构折叠收回、贴近上躯体存放，机器人保持双足机器人的外形和减少空间的占用。

Description

双足行走型机器人的行走支撑机构

技术领域

本实用新型涉及一种双足行走型的机器人，特别涉及一种双足行走型机器人的行走支撑机构。

背景技术

随着人工智能技术和机器人机构技术的发展，各种智能机器人的功能日益丰富、应用范围日益广泛，机器人与人们的日常生活会日益紧密，机器人的行走机构有类人的双足行走型、类动物的四足、多足行走型和轮式行走型，类人的双足行走型机器人运动灵活、占用空间小，双手能够灵活的完成多种工作，将会承担更多的能满足各种人群的特定需求的工作。但是，由于仅靠双足站立和行走，当双臂15负重W较大时，负重对双足14的支撑点A的倾翻力矩较大、对上躯体12的支点B转动力矩也很大(参见图1、图2所示)，负重机器人1在站立和行走时不易保持平衡稳定，影响双足行走型机器人1的负重能力和负重通过复杂路面的能力和速度，如负重上下楼梯的能力，这种能力的限制会影响双足行走型机器人1承担各种工作的能力和应用的范围。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种有助于双足行走型机器人在负重情况下，能够在各种路况平稳行走、起蹲和站立的双足行走型机器人的行走支撑机构。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

本实用新型的双足行走型机器人的行走支撑机构，其特征在于：在该机器人的上躯体上设有至少一组可向前或向后伸展开的支撑机构，该支撑机构可使该机器人在负重时的重力作用线的落点位于该支撑机构的着地点与该机器人足部的着地点之间。

所述支撑机构设置在所述机器人的左侧和/或右侧/或后侧，该支撑机构依据控制系统发出的指令，在该机器人负重站立、负重前行或负重倒行时与机器人左右腿以同步协调的方式向前伸展或向后伸展，对负重的该机器人形成稳定支撑的站立、向前运动或向后运动；当该机器人不需要支撑时，该支撑机构可由控制系统发出指令，折叠收回、贴附在该机器人的后背侧。

所述支撑机构由支撑座、摆杆与支撑杆构成，其中，

支撑座固接在所述上躯体的背部，在该支撑座上设有与摆杆相垂直的第一转轴，该第一转轴的内端与可驱动所述摆杆绕该第一转轴轴线旋转的第一驱动部件相接，第一转轴的外端与摆杆的近座端相接；

摆杆的远座端通过第二转轴与支撑杆的近杆端铰接；

支撑杆的支地端为自由端，在支撑杆的近杆端还设有可驱动该支撑杆绕第二转轴轴线旋转的第二驱动部件。

所述支撑座通过转动基座固接在所述上躯体上，该转动基座在第三驱动部件的驱动下可携所述摆杆在上躯体后背所在的垂直平面内旋转设定的角度。

在所述支撑杆的支地端的端面上设有具有弹性结构的支脚，该支脚通过万向铰接球座结构与所述支地端相接，该支脚的触地端为平面。

所述摆杆和支撑杆为动力驱动的伸缩杆结构。

所述第一驱动部件、第二驱动部件和第三驱动部件为普通电机、步进电机或液力马达。

所述转动基座通过电控的滑动结构可在上躯体的背部左右移动。

所述支撑机构为两组，分别设置在机器人的上躯体后背的左右两侧。

摆杆的近座端通过第一球面轴球面支撑在支撑座上，形成第一球铰，第一驱动部件驱动摆杆绕第一球铰运动；摆杆的远座端通过第二球面轴与支撑杆的近杆端铰接，形成第二球铰，通过第二驱动部件驱动支撑杆绕第二球铰运动。

与现有技术相比，本实用新型在双足行走机器人上设置支撑机构，这种支撑机构依据机器人负重站立和行走状况自动向前或向后伸展，以使该机器人在负重的情况下，无论在站立、平地行走、攀坡登高、上下楼梯、下蹲或起立时都能够保持重心平稳不会倾倒，运动平稳顺畅。即，当机器人负重站立、行走时，支撑机构在机器人控制系统的控制下，与机器人的双足协调配合运动，保证机器人负重站立、行走的稳定性、快速通过各种路况如上下楼梯的通过性；当机器人不负重、不需要协助支撑时，机器人控制系统控制支撑机构折叠收回、贴近上躯体存放，机器人保持双足机器人的外形和减少空间的占用。

附图说明

图1是站立状态的负重机器人。

图2是行走状态的负重机器人。

图3是图1中的机器人安装有本实用新型的支撑机构示意图。

图4是图3的俯视图。

图5是图3的右视图及支撑机构的局部图。

图6是图2中的机器人安装在本实用新型的支撑机构的示意图。

图7是图3状态下时支撑机构向前展开支撑的示意图。

图8是设置在机器人两侧的两组支撑机构与机器人双脚行走协调运动并对负重机器人形成运动支撑的示意图。

图9是图8的俯视图；

图10是单组支撑机构对负重机器人形成向后支撑的示意图。

图11是图10的俯视图；

图12是图10中在支撑机构着地端设置支脚的示意图。

图13是图5中的支撑机构安装在转动基座上的示意图。

图14是图5中的摆杆安装有第一球面轴和第二球面轴的示意图。

附图标记如下：

机器人1、头部11、上躯体12、双腿13、双足14、双臂15、支撑机构2、支撑座3、摆杆4、近座端41、远座端42、第一转轴43、第一球面轴433、第一驱动部件44、支撑杆5、近杆端51、支地端52、第二转轴53、第二球面轴533、第二驱动部件54、支脚6、地面7、机器人负重8。

具体实施方式

如图3-13所示，本实用新型的双足行走型机器人1的行走支撑机构2，是设置在双足行走型机器人1的上躯体12上的用于该机器人1负重站立、行走时避免其失去重心而倾倒，并支撑机器人1平稳的通过各种路况行走的支撑机构。双足行走型机器人1包括本体机构和控制系统，本体机构是指机器人1的头部11、上躯体12、双腿13、双足14和双臂15。

所述行走支撑机构2可以为一组或多组，可以在双足行走型的机器人1上躯体12的胸前、后背或两侧设置，在机器人1控制系统的控制下，该行走支撑机构2可与机器人1双腿13协调配合以在其前行或后退时对该机器人1(负重情况下)起支撑作用，避免机器人1失重倾倒。也就是说，当负重机器人1在平路行走(前行或后退)、爬坡、上下楼梯、下蹲或起立运动过程中，其双足14无以支撑身体而有倾倒倾向时，该支撑机构2给予该机器人1向前或向后支撑，使该机器人1的重力作用线(重力作用线即为过重心的铅垂线)的落地点位于支撑机构2的支撑点与机器人1足部的着地点之间。

以下以设置在机器人1两侧的支撑机构2为例对本实用新型优选的结构进行详细说明。

每组支撑机构2由支撑座3、摆杆4、第一转轴43、第一驱动部件44、支撑杆5、第二转轴53和第二驱动部件54构成。

1、支撑座3

支撑座3可以为带有轴套的支座，其固接在所述上躯体12的背部的左侧或右侧，其中轴套水平设置，在该轴套内设有第一转轴43，该第一转轴43的内端(靠近背部中垂线方向为内，远离背部中垂线方向为外，下同)与第一驱动部件44相接，第一驱动部件44，第一转轴43的外端与摆杆4的近座端41(即摆杆4上与支撑座3相近的一端)相接。当第一驱动部件44工作时，该第一驱动部件44可通过第一转轴43驱动摆杆4以第一转轴43的轴线为轴在机器人1的左臂或右臂的外侧的垂直平面内由前至后旋转。

2、摆杆4

摆杆4可为单一的杆件，也可为由多根杆件通过动力驱动组成的可以伸长或缩小的伸缩杆结构，设置成伸缩杆结构有利于机器人1处于不同地面7状况下获得最好的支撑效果。

摆杆4的远座端42(即摆杆4上与支撑座3较远的一端)为轴套结构，在该轴套内固定设置第二转轴53，第二转轴53的外端可转动的与支撑杆5的近杆端51(即支撑杆5上与摆杆4相接的一端)和第二驱动部件54相接。当第二驱动部件54工作时，该第二驱动部件54可驱动支撑杆5以第二转轴53为轴线在摆杆4的外侧的垂直平面内由前至后旋转。

3、支撑杆5

支撑杆5的支地端52(即支撑杆5上与摆杆4的远座端42相距较远的一端，也是在支撑时与地面7接触的一端)为自由端。

支撑杆5可为单一的杆件，也可为由多根杆件通过动力驱动组成的可以伸长或缩小的伸缩杆结构，设置成伸缩杆结构有利于机器人1处于不同地面7状况下获得最好的支撑效果。

4、转动基座

为了使支撑座3可以在机器人1背部作适当角度的旋转，以使摆杆4和支撑杆5展开后对机器人1给予侧向支撑，可将所述支撑座3安装在一个转动基座上。该转动基座可转动的安装在机器人1的背部左侧或右侧，该转动基座与第三驱动部件相接，当第三驱动部件工作时，其可驱动转动基座转动，转动基座旋转可带动安装其上的摆杆4在上躯体12后背所在的垂直平面内旋转设定的角度α，从而可使摆杆4、支撑杆5向机器人1左臂或右臂外的斜下方伸展开。

5、万向活动的支脚6

为了使支撑杆5着地平稳且可依据着地点的平整度作适应的变动，可在所述支撑杆5的支地端52的端面上设置具有弹性结构的支脚6，该支脚6通过万向铰接球座结构与所述支地端52相接，该支脚6的触地端为平面。

6、滑动结构

在支撑机构2未启动时，为了使其收拢于机器人1背部内侧，可将转动基座安装在一个可水平移动的滑动结构上，通过第四驱动部件驱动转动基座携支撑机构2在上躯体12的背部左右移动。

7、驱动部件

所述第一驱动部件44、第二驱动部件54、第三驱动部件和第四驱动部件可为普通电机、步进电机或液力马达。

8、支撑机构2的动作过程

当机器人1负重站立或行走，需要支撑时，机器人1的控制系统启动第一驱动部件44和第二驱动部件54，分别使紧贴上躯体12侧臂放置的摆杆4和支撑杆5向躯干的前方或后方摆动展开，使支撑杆5的一端与地面7接触，形成对机器人1的支撑。当负重的机器人1行走时，机器人1控制系统控制摆杆4和支撑杆5的协调运动，与机器人1双腿13双脚14的运动相协调，形成对负重机器人1在行走过程中的支撑和驱动；当机器人1不负重或不需要支撑时，机器人1控制系统控制摆杆4和支撑杆5摆动收回，贴近上躯体12背部收回折叠放置。

9、采用球铰结构代替转轴

摆杆4的近座端41固定有第一球面轴433与支撑座3球面铰接形成第一球铰，由第一驱动部件44驱动摆杆4绕第一球铰运动；摆杆4的远座端42固定有第二球面轴533与支撑杆5的近杆端51球面铰接形成第二球铰，由第二驱动部件54驱动支撑杆5绕第二球铰运动，从而增加摆杆4和支撑杆5支撑运动的自由度(参见图14所示)。

Claims (10)

1.一种双足行走型机器人的行走支撑机构，其特征在于：在该机器人(1)的上躯体(12)上设有至少一组可向前或向后伸展开的支撑机构(2)，该支撑机构(2)可使该机器人(1)在负重时的重力作用线的落点位于该支撑机构(2)的着地点与该机器人(1)足部的着地点之间。

2.根据权利要求1所述的双足行走型机器人的行走支撑机构，其特征在于：所述支撑机构(2)设置在所述机器人(1)的左侧和/或右侧/或后侧，该支撑机构(2)依据控制系统发出的指令，在该机器人(1)负重站立、负重前行或负重倒行时与机器人(1)左右腿以同步协调的方式向前伸展或向后伸展，对负重的该机器人(1)形成稳定支撑的站立、向前运动或向后运动；当该机器人(1)不需要支撑时，该支撑机构(2)可由控制系统发出指令，折叠收回、贴附在该机器人(1)的后背侧。

3.根据权利要求2所述的双足行走型机器人的行走支撑机构，其特征在于：所述支撑机构(2)由支撑座(3)、摆杆(4)与支撑杆(5)构成，其中，

支撑座(3)固接在所述上躯体(12)的背部，在该支撑座(3)上设有与摆杆(4)相垂直的第一转轴(43)，该第一转轴(43)的内端与可驱动所述摆杆(4)绕该第一转轴(43)轴线旋转的第一驱动部件(44)相接，第一转轴(43)的外端与摆杆(4)的近座端(41)相接；

摆杆(4)的远座端(42)通过第二转轴(53)与支撑杆(5)的近杆端(51)铰接；

支撑杆(5)的支地端(52)为自由端，在支撑杆(5)的近杆端(51)还设有可驱动该支撑杆(5)绕第二转轴(53)轴线旋转的第二驱动部件(54)。

4.根据权利要求3所述的双足行走型机器人的行走支撑机构，其特征在于：所述支撑座(3)通过转动基座固接在所述上躯体(12)上，该转动基座在第三驱动部件的驱动下可携所述摆杆(4)在上躯体(12)后背所在的垂直平面内旋转设定的角度。

5.根据权利要求4所述的双足行走型机器人的行走支撑机构，其特征在于：在所述支撑杆(5)的支地端(52)的端面上设有具有弹性结构的支脚(6)，该支脚(6)通过万向铰接球座结构与所述支地端(52)相接，该支脚(6)的触地端为平面。

6.根据权利要求4所述的双足行走型机器人的行走支撑机构，其特征在于：所述摆杆(4)和支撑杆(5)为动力驱动的伸缩杆结构。

7.根据权利要求4所述的双足行走型机器人的行走支撑机构，其特征在于：所述第一驱动部件(44)、第二驱动部件(54)和第三驱动部件为普通电机、步进电机或液力马达。

8.根据权利要求4所述的双足行走型机器人的行走支撑机构，其特征在于：所述转动基座通过电控的滑动结构可在上躯体(12)的背部左右移动。

9.根据权利要求1－8中任一项所述的双足行走型机器人的行走支撑机构，其特征在于：所述支撑机构(2)为两组，分别设置在机器人(1)的上躯体(12)后背的左右两侧。

10.根据权利要求2所述的双足行走型机器人的行走支撑机构，其特征在于：摆杆(4)的近座端(41)通过第一球面轴(433)球面支撑在支撑座(3)上，形成第一球铰，第一驱动部件(44)驱动摆杆(4)绕第一球铰运动；摆杆(4)的远座端(42)通过第二球面轴(533)与支撑杆(5)的近杆端(51)铰接，形成第二球铰，通过第二驱动部件(54)驱动支撑杆(5)绕第二球铰运动。

Images