CN216374777U - 一种可避障双足机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型具体涉及一种可避障双足机器人，包括裆部及位于裆部左、右两侧的两条腿部，腿部包括依次相连的大腿部、膝关节、小腿部、踝关节和脚部，大腿部与裆部之间设髋关节进行连接；可避障双足机器人上设有若干驱动装置，若干驱动装置控制髋关节、膝关节、踝关节的转动；小腿部前侧安装有至少一个环境探测传感器，可避障双足机器人内设有中央处理器，环境探测传感器用于探测腿部前进方向上是否有障碍物，将检测信号反馈至中央处理器，中央处理器发出执行指令到驱动踝关节、膝关节、踝关节中的一个或多个驱动装置处。本实用新型可探测机器人前进方向是否有障碍，反馈信号至中央处理器，规划行进路径，发送执行指令到各个驱动装置，实现避障功能。

Description

一种可避障双足机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，具体涉及一种可避障双足机器人。

背景技术

机器人是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。机器人产业在国内已经得到长足的发展，但仿人形的双足机器人产品在国内还处于起步阶段。随着双足机器人技术的发展，机器人的工作环境越来越复杂化，当双足机器人的行进路线上存在障碍物时，双足机器人容易碰到障碍物而摔倒造成事故或者财产损害。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种可避障双足机器人，用于解决现有技术中的双足机器人在行进过程中，碰到障碍物容易摔倒造成事故或者财产损害的问题。为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本实用新型提出一种可避障双足机器人，包括裆部及位于裆部左、右两侧的两条腿部，腿部包括依次相连的大腿部、膝关节、小腿部、踝关节和脚部，大腿部与裆部之间设置髋关节进行连接；

可避障双足机器人上设有若干驱动装置，若干驱动装置控制髋关节、膝关节、踝关节的转动；

小腿部前侧安装有至少一个环境探测传感器，可避障双足机器人内设有中央处理器，环境探测传感器用于探测腿部前进方向上是否有障碍物，将检测信号反馈至中央处理器，中央处理器发出执行指令到驱动踝关节、膝关节、踝关节中的一个或多个驱动装置处。

进一步地，所述环境探测传感器为超声波传感器、红外传感器、激光雷达中的一种或多种。

进一步地，所述小腿部前侧面开设一安装孔，环境探测传感器嵌设在安装孔内。

进一步地，两条所述腿部的小腿部均安装有环境探测传感器。

进一步地，所述髋关节包括三个依次相连的驱动装置，控制腿部的三个自由度，三个驱动装置分别驱动腿部相对于裆部的、前后侧摆、以竖直方向为轴扭转。

进一步地，三个所述驱动装置分别为舵机、第一伺服电机和第二伺服电机，

舵机连接裆部和第一伺服电机，舵机驱动第一伺服电机转动，从而联动腿部以竖直方向为轴进行扭转；

第一伺服电机连接并驱动第二伺服电机转动，从而联动腿部进行左右侧摆；

第二伺服电机连接并驱动腿部进行前后侧摆。

进一步地，所述膝关节为单自由度关节，大腿部与小腿部之间设有膝关节驱动模组，膝关节驱动模组的两端分别与大腿部、小腿部铰接，膝关节驱动模组伸缩运动，带动腿部在膝关节处弯曲。

进一步地，所述踝关节为多自由度关节，踝关节的一端与小腿部连接，另一端为球头，脚部上端设有相应的球窝，球头卡扣在球窝内。

进一步地，所述踝关节为被动关节，小腿部与脚部之间设有至少一套踝关节驱动模组，踝关节驱动模组的两端分别与小腿部与脚部铰接，踝关节驱动模组伸缩运动，带动腿部在踝关节处弯曲。

进一步地，所述裆部或/和脚部为镂空结构。

实施本实用新型实施例，将具有如下有益效果：

本实用新型通过在小腿部设置若干环境探测传感器来探测机器人前进方向是否有障碍，同时反馈至中央处理器进行处理规划行进路径，发送执行指令到达各个执行端的驱动装置，实现避障功能。解决现有技术中的双足机器人在行进过程中，碰到障碍物容易摔倒造成事故或者财产损害的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

其中：

图1为可避障双足机器人的立体图一；

图2为可避障双足机器人的立体图二；

图3为腿部的剖视图；

图4为髋关节的分解图；

图5为推杆电机模组的剖面图。

附图标记说明如下：1-裆部；11-侧翼；2-腿部；21-大腿部；211-大腿部壳体；22-膝关节；23-小腿部；231-小腿部壳体；232-安装孔；24-踝关节；241-球头；25-脚部；251-球窝；3-髋关节；31-舵机；32-第一伺服电机；33-第二伺服电机；34-第一连接件；35-第二连接件；41-第一铰链；42-第二铰链；43-第三铰链；44-第四铰链；5-膝关节驱动模组；6-踝关节驱动模组；7-第三伺服电机；8-环境探测传感器；P-推杆电机模组；P1-电机模块；P11-上接头；P12-控制板；P13-磁编码器；P14-双极磁铁；P15-电机；P2-减速箱模块；P21-减速箱上盖；P22-减速箱下盖；P23-行星齿轮组；P3-丝杆传动模块；P31-丝杆；P32-滑块；P33-杆筒；P34-杆筒上端盖；P35-杆筒下端盖；P4-推杆模块；P41-推杆。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型较佳实施例一种可避障双足机器人，包括裆部1及位于裆部1左、右两侧的两条腿部2，腿部2包括依次相连的大腿部21、膝关节22、小腿部23、踝关节24和脚部25，大腿部21与裆部1之间设置髋关节3进行连接；可避障双足机器人上设有若干驱动装置，若干驱动装置控制髋关节3、膝关节22、踝关节24的转动；小腿部23前侧安装有至少一个环境探测传感器8，可避障双足机器人内设有中央处理器，环境探测传感器8用于探测腿部2前进方向上是否有障碍物，将检测信号反馈至中央处理器，中央处理器发出执行指令到驱动踝关节24、膝关节22、踝关节24中的一个或多个驱动装置处。优选地，所述小腿部23前侧面开设一安装孔232，环境探测传感器8嵌设在安装孔232内。两条所述腿部2的小腿部23均安装有环境探测传感器8。

可选地，所述环境探测传感器8为超声波传感器、红外传感器、激光雷达中的一种或多种，通过往外发射信号，遇到障碍物后接受反射信号识别前方是否有障碍物或者识别障碍物与本体之间的距离，检测信号通过可避障双足机器人内部设置的中央处理器逻辑运算，根据障碍物的距离来调整机器人行进路径，避免发生碰撞而摔倒或造成财产损失。

请综合参阅图1和图2，膝关节22为被动关节，大腿部21与小腿部23之间设有至少一套膝关节驱动模组5，膝关节驱动模组5的两端分别与大腿部21、小腿部23铰接，膝关节驱动模组5伸缩运动，带动腿部2在膝关节22处弯曲；踝关节24为被动关节，小腿部23与脚部25之间设有至少一套踝关节驱动模组6，踝关节驱动模组6的两端分别与小腿部23与脚部25铰接，踝关节驱动模组6伸缩运动，带动腿部2在踝关节24处弯曲；膝关节驱动模组5和踝关节驱动模组6均可自锁。如此，断电状态下，膝关节驱动模组5和踝关节驱动模组6自锁，伸缩状态不变，腿部2在膝关节22、踝关节24处弯曲角度不变，有效避免机器人瘫软倾倒。

进一步地，所述裆部1或/和脚部25为镂空结构，在作为承载平台的同时减轻本身重量、降低腿部2惯量，提高可控性。

所述髋关节3包括三个依次相连的驱动装置，控制腿部2的三个自由度，三个驱动装置分别驱动腿部2相对于裆部1的左右侧摆、前后侧摆、以竖直方向为轴扭转。需要说明的是，上述膝关节22、踝关节24为被动关节，即关节处并非由电机或舵机等直接驱动，上述髋关节3则为主动关节。

三个所述驱动装置分别为舵机31、第一伺服电机32和第二伺服电机33，舵机31连接裆部1和第一伺服电机32，舵机31驱动第一伺服电机32转动，从而联动腿部2以竖直方向为轴进行扭转，以便于行进过程中左右转弯动作实现；第一伺服电机32连接并驱动第二伺服电机33转动，从而联动腿部2进行左右侧摆，用于调整行进姿态和调整中心位置；第二伺服电机33连接并驱动腿部2进行前后侧摆，实现行走动作。采用大地坐标系，第二伺服电机33控制腿部2的俯仰角(pitch)，舵机31控制偏航角(yaw)，第一伺服电机32控制翻滚角(roll)，从而使腿部2摆动至所需任意欧拉角，提高双足机器人的灵活度。

如图4所示，进一步地，舵机31和第一伺服电机32通过第一连接件34连接，第一伺服电机32和第二伺服电机33通过第二连接件35连接。裆部1两侧延伸形成侧翼11，舵机31固定在侧翼11顶面，第一连接件34位于侧翼11下方，侧翼11上竖直开孔供舵机31的舵杆穿过，舵杆与第一连接件34传动连接，舵机31驱动第一连接件34沿竖直方向扭转；第一连接件34与第一伺服电机32的转轴固定连接，第二连接件35与第一伺服电机32的机身固定连接，第一伺服电机32工作时，第一伺服电机32的机身转动，带动第二连接件35转动；第二连接件35与第二伺服电机33的机身固定连接，第二伺服电机33的转轴与大腿部21固定连接，第二伺服电机33驱动大腿部21前后侧摆。

请综合参阅图2、图3和图5，所述膝关节驱动模组5或踝关节驱动模组6为推杆电机模组P，如图5所示，推杆电机模组P包括呈同一轴线排布并依次连接的电机模块P1、减速箱模块P2、丝杆传动模块P3和推杆模块P4。

如图5所示，作为优选方案，电机模块P1包括上接头P11、控制板P12、磁编码器P13、双极磁铁P14和电机P15；减速箱模块P2包括减速箱上盖P21、减速箱下盖P22和行星齿轮组P23；丝杆传动模块P3包括丝杆P31、滑块P32、杆筒P33、杆筒上端盖P34和杆筒下端盖P35；推杆模块P4包括推杆。

上接头P11铰接大腿部21或小腿部23，上接头P11内容纳控制板P12、磁编码器P13、双极磁铁P14和电机P15，双极磁铁P14位于电机P15顶部并与电机P15的转轴相连，双极磁铁P14位于双极磁铁P14上方，固定在控制板P12底面，磁编码器P13能识别双极磁铁P14转动的角度，从而可以采集电机P15选择角度信号，用于运算处理识别电机P15转动角度和圈数。

当膝关节驱动模组5为推杆电机模组P时，电机模块P1与大腿部21铰接、推杆模块P4与小腿部23铰接；当踝关节驱动模组6为推杆电机模组P时，电机模块P1与小腿部23铰接、推杆模块P4与脚部25铰接。

减速箱模块P2位于电机模块P1下方，行星齿轮组P23设于减速箱上盖P21、减速箱下盖P22之间，行星齿轮组P23包括太阳轮、至少2个围绕太阳轮摆布啮合的行星轮和与行星轮啮合的外齿圈，电机P15的转轴穿过减速箱上盖P21与太阳轮连接。

丝杆P31和滑块P32两者螺纹连接，滑块P32滑动连接在丝杆P31上并沿着丝杆P31轴线运动，滑块P32与推杆P41上端固定连接，丝杆P31与减速箱模块P2传动连接，丝杆P31上端穿过减速箱下盖P22与外齿圈嵌套连接，外齿圈旋转带动丝杆P31旋转，可选地，外齿圈设置有非圆异形孔，与之对应丝杆P31一端设置有非圆异形轴。进一步地，丝杆P31外包覆杆筒P33，杆筒P33上、下端分别盖置杆筒上端盖P34、杆筒下端盖P35，杆筒上端盖P34、杆筒下端盖P35设置为中心带孔结构，两者与杆筒P33螺纹连接。丝杆传动模块P3具有自锁功能，可选的，丝杆P31为梯形丝杆，当丝杆P31的螺旋升角小于丝杆P31与滑块P32之间的静摩擦角时就会产生反向自锁作用，可选地，膝关节驱动模组5或踝关节驱动模组6为其它具有自锁功能或抱闸功能的伸缩驱动模组。

电机P15旋转运动通过电机转轴传递给太阳轮，经过行星轮和减速后将旋转运动传递给丝杆P31，经过丝杆P31和滑块P32配合将旋转运动转换为滑块P32沿丝杆P31轴线方向的前后运动，最终通过与滑块P32连接的推杆P41将直线运动传递出去。需要说明的是，减速箱模块P2可选用其它减速器，此处只以行星减速器为例进行说明。

进一步地，所述膝关节22和/或踝关节24为单自由度或多自由度关节，单自由度可采用转动副连接结构，如铰链；多自由度关节可采用球面副连接结构，如球头球窝结构，还可采用万向节等多自由度连接件，此处不一一叙述。

如图3所示，作为优选方案，踝关节24的一端与小腿部23连接，另一端为球头241，脚部25上端设有相应的球窝251，球头241卡扣在球窝251内，优选地，球头241与球窝251之间隔有缓冲垫。小腿部23与脚部25之间并排安装两套踝关节驱动模组6，两套踝关节驱动模组6的上端均与小腿部23铰接，下端均与脚部25铰接，两套踝关节驱动模组6同步伸缩时控制脚部25上下翻动，非同步伸缩时控制脚部25左右摆动，实现两个自由度。当两个推杆电机模组P同时伸出时，带动脚部25向上勾起；当两个推杆电机模组P同时缩回时，带动脚部25向下绷直；当其中一个伸出另一个缩回时，带动脚部25朝内或朝外摆动。同理地，可以推出替换方案，踝关节24的一端与脚部25固定连接，球头端与小腿部23形成球面副。同理地，膝关节22可采用上述踝关节24的结构及驱动方案。如此，避免了在踝关节24处堆砌舵机或电机来实现多自由度的臃肿结构。本实施例在髋关节3处设有3个自由度、膝关节22设有1个自由度，踝关节24设有2个自由度，充分提高双足机器人的灵活性，更为拟人。

进一步地，如图1所示，裆部1上端设有第三伺服电机7，用于控制裆部1转动，模拟腰部转动。

综上，本实用新型通过在小腿部23设置若干环境探测传感器8来探测机器人前进方向是否有障碍，同时反馈至中央处理器进行处理规划行进路径，发送执行指令到达各个执行端的驱动装置，实现避障功能。解决现有技术中的双足机器人在行进过程中，碰到障碍物容易摔倒造成事故或者财产损害的问题。

以上所揭露的仅为本实用新型较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种可避障双足机器人，其特征在于：包括裆部(1)及位于裆部(1)左、右两侧的两条腿部(2)，腿部(2)包括依次相连的大腿部(21)、膝关节(22)、小腿部(23)、踝关节(24)和脚部(25)，大腿部(21)与裆部(1)之间设置髋关节(3)进行连接；

可避障双足机器人上设有若干驱动装置，若干驱动装置控制髋关节(3)、膝关节(22)、踝关节(24)的转动；

小腿部(23)前侧安装有至少一个环境探测传感器(8)，可避障双足机器人内设有中央处理器，环境探测传感器(8)用于探测腿部(2)前进方向上是否有障碍物，将检测信号反馈至中央处理器，中央处理器发出执行指令到驱动踝关节(24)、膝关节(22)、踝关节(24)中的一个或多个驱动装置处。

2.如权利要求1所述的可避障双足机器人，其特征在于：所述环境探测传感器(8)为超声波传感器、红外传感器、激光雷达中的一种或多种。

3.如权利要求1所述的可避障双足机器人，其特征在于：所述小腿部(23)前侧面开设一安装孔(232)，环境探测传感器(8)嵌设在安装孔(232)内。

4.如权利要求1所述的可避障双足机器人，其特征在于：两条所述腿部(2)的小腿部(23)均安装有环境探测传感器(8)。

5.如权利要求1～4任一所述的可避障双足机器人，其特征在于：所述髋关节(3)包括三个依次相连的驱动装置，控制腿部(2)的三个自由度，三个驱动装置分别驱动腿部(2)相对于裆部(1)的左右侧摆、前后侧摆、以竖直方向为轴扭转。

6.如权利要求5所述的可避障双足机器人，其特征在于：三个所述驱动装置分别为舵机(31)、第一伺服电机(32)和第二伺服电机(33)，

舵机(31)连接裆部(1)和第一伺服电机(32)，舵机(31)驱动第一伺服电机(32)转动，从而联动腿部(2)以竖直方向为轴进行扭转；

第一伺服电机(32)连接并驱动第二伺服电机(33)转动，从而联动腿部(2)进行左右侧摆；

第二伺服电机(33)连接并驱动腿部(2)进行前后侧摆。

7.如权利要求1～4任一所述的可避障双足机器人，其特征在于：所述膝关节(22)为单自由度关节，大腿部(21)与小腿部(23)之间设有膝关节驱动模组(5)，膝关节驱动模组(5)的两端分别与大腿部(21)、小腿部(23)铰接，膝关节驱动模组(5)伸缩运动，带动腿部(2)在膝关节(22)处弯曲。

8.如权利要求1～4任一所述的可避障双足机器人，其特征在于：所述踝关节(24)为多自由度关节，踝关节(24)的一端与小腿部(23)连接，另一端为球头(241)，脚部(25)上端设有相应的球窝(251)，球头(241)卡扣在球窝(251)内。

9.如权利要求8所述的可避障双足机器人，其特征在于：所述踝关节(24)为被动关节，小腿部(23)与脚部(25)之间设有至少一套踝关节驱动模组(6)，踝关节驱动模组(6)的两端分别与小腿部(23)与脚部(25)铰接，踝关节驱动模组(6)伸缩运动，带动腿部(2)在踝关节(24)处弯曲。

10.如权利要求1～4任一所述的可避障双足机器人，其特征在于：所述裆部(1)或/和脚部(25)为镂空结构。

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