CN220699621U - 轮足式半人马机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种轮足式半人马机器人。本实用新型的轮足式半人马机器人包括承载组件、驱动组件和连接组件，承载组件用于承载货物；驱动组件包括有两个机械臂，两个机械臂分别连接于承载组件沿第一方向的两侧；连接组件设置于承载组件沿第一方向的一端，连接组件包括调节件和用于连接人体的连接件，连接件通过调节件与承载组件连接；其中，调节件包括第一自由度调节部，第一自由度调节部能够相对于承载组件转动，第一自由度调节部的旋转轴线沿第一方向设置。本实用新型的轮足式半人马机器人通过设置第一自由度调节部，以使轮足式半人马机器人的承载组件和连接件之间能够发生相对转动，从而抵消机器人在行进过程中的左右晃动对人体产生的影响。

Description

轮足式半人马机器人

技术领域

本实用新型涉及外骨骼助力机器人领域，尤其涉及一种轮足式半人马机器人。

背景技术

人体增强技术是当前科学技术发展中非常热门的一块领域，外骨骼助力机器人技术就属于人体增强技术的分支之一。外骨骼助力机器人是一种人工穿戴的一体化设备，将人与机械结合，机器人通过传感器判断人的意图进行跟随并助力，缓解人类大负重与长时间负重的疲惫感。

现有技术中，外骨骼助力机器人根据穿戴部位分为上肢机器人、下肢机器人、腰部机器人等，其中，部分腰部机器人具有用于承载货物的承载机构，承载机构沿水平方向延伸设置，并于前端与人体连接，承载机构的后端设置有两条机械腿，从而当该外骨骼助力机器人穿戴于人体上时，二者整体能够形成类似于人马的结构。由此，该种外骨骼助力机器人也被称之为“半人马机器人”。

目前，人体和半人马机器人为硬连接，半人马机器人通过绑带或锁扣的方式直接与人体连接，又由于半人马机器人主要功能是负重，在半人马机器人负重情况下，机器人以点足行进模式行走时，半人马机器人会左右晃动从而直接带动人体晃动，直接影响了人体行进的稳定性，人机协调性较差，容易引发侧翻的问题。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种轮足式半人马机器人，通过设置第一自由度调节部以使轮足式半人马机器人的承载组件和连接件之间能够发生相对转动，从而抵消机器人在行进过程中的左右晃动对人体产生的影响。

根据本实用新型的第一方面实施例的轮足式半人马机器人，包括：

承载组件，所述承载组件用于承载货物；

驱动组件，所述驱动组件包括有两个机械臂，两个所述机械臂分别连接于所述承载组件沿第一方向的两侧；

连接组件，所述连接组件设置于所述承载组件沿所述第一方向的一端，所述连接组件包括调节件和用于连接人体的连接件，所述连接件通过所述调节件与所述承载组件连接；

其中，所述调节件包括第一自由度调节部，所述第一自由度调节部能够相对于所述承载组件转动，所述第一自由度调节部的旋转轴线沿所述第一方向设置。

根据本实用新型实施例的轮足式半人马机器人，至少具有如下有益效果：

本申请实施例中的轮足式半人马机器人具有较好的负重性能，并且通过设置第一自由度调节部，以使轮足式半人马机器人的承载组件和连接件之间能够发生相对转动，从而抵消机器人在行进过程中的扭转对人体产生的影响，提高人体穿戴上轮足式半人马机器人后行走的稳定性、舒适性和安全性，人机协调性较好。

根据本实用新型的一些实施例，所述调节件还包括第二自由度调节部，所述第二自由度调节部能够相对于所述承载组件转动，所述第二自由度调节部的旋转轴线沿所述第二方向设置。

根据本实用新型的一些实施例，所述承载组件包括沿所述第二方向并列设置的两个支撑件，所述第二自由度调节部设置于两个所述支撑件之间，并与所述支撑件转动连接，所述第一自由度调节部设置于所述第二自由度调节部沿所述第一方向并远离所述承载组件的一端。

根据本实用新型的一些实施例，所述承载组件包括转动基座，所述第一自由度调节部与所述转动基座转动连接，所述第二自由度调节部设置于所述第一自由度调节部上，并与所述第一自由度调节部转动连接。

根据本实用新型的一些实施例，所述第一自由度调节部与所述连接件连接，所述第二自由度调节部与所述承载组件连接，所述调节件还包括有缓冲部，所述缓冲部分别连接所述第一自由度调节部和第二自由度调节部，以使所述第一自由度调节部能够相对于所述第二自由度调节部沿所述第一方向移动。

根据本实用新型的一些实施例，所述机械臂包括有转动轮和驱动件，所述驱动件具有驱动模式和锁止模式，在所述驱动模式下，所述驱动件驱动所述转动轮转动，在所述锁止模式下，所述驱动件限制所述转动轮的转动。

根据本实用新型的一些实施例，所述机械臂包括有连接座、第一主传动杆、第二主传动杆、第一副传动杆和第二副传动杆，所述第一主传动杆的一端与所述连接座固定连接，另一端与所述第二主传动杆铰接，所述第一副传动杆的一端与所述连接座转动连接，另一端与所述第二副传动杆铰接，所述第二副传动杆与所述第二主传动杆铰接，以使所述第一副传动杆的摆动能够带动所述第二主传动杆的摆动。

根据本实用新型的一些实施例，所述第一主传动杆与所述连接座固定连接的一端设置有第一通孔，所述第一副传动杆的一端穿设于所述第一通孔并与所述连接座转动连接，所述第一主传动杆上设置有第一限位凸块，所述第一限位凸块沿所述第一通孔的周向延伸设置，以限制所述第一副传动杆的摆动幅度。

根据本实用新型的一些实施例，所述连接座与所述承载组件可转动连接，所述承载组件上设置有第二限位凸块，所述连接座的外周面设置有限位部，所述第二限位凸块和所述限位部配合，以限制所述连接座的转动幅度。

根据本实用新型的一些实施例，所述轮足式半人马机器人还包括有电控组件，所述电控组件设置于所述承载组件上，并位于所述驱动组件和连接组件之间。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明，其中：

图1为本实用新型实施例的轮足式半人马机器人的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的轮足式半人马机器人的爆炸示意图；

图3为本实用新型实施例的机械臂的结构示意图；

图4为本实用新型实施例的机械臂的爆炸示意图。

附图标记：

承载组件100；机身主体110；支撑件120；第二限位凸块130；驱动组件200；机械臂210；转动轮211；驱动件2111；连接座212；限位部2121；第一主传动杆213；第一通孔2131；第一限位凸块2132；第二主传动杆214；第一副传动杆215；第二副传动杆216；连接组件300；连接件310；调节件320；第一自由度调节部321；第二自由度调节部322；电控组件400。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

如图1所示，轮足式半人马机器人具有两个机械臂210，轮足式半人马机器人具有点足行进模式和轮组行进模式，当轮足式半人马机器人以点足行进模式前进时，机械臂210依次执行抬起、向前迈、放下的步骤，并且两个机械臂210交替进行。以图1所示的实施例为例，当左侧的机械臂210抬起时，轮足式半人马机器人的重心右移，当右侧的机械臂210抬起时，轮足式半人马机器人的中心左移，为此，轮足式半人马机器人在行进过程中重心不断的左右移动。

在行走过程中随着腿部的交替抬起放下，人体的重心也会发生左右的移动，由于人体的身体姿态、步态、行走速度以及行走环境等因素的影响，人体重心的移动频率和幅度往往不一致。人体穿戴上轮足式半人马机器人后，人体的双足和轮足式半人马机器人的双机械臂210构成了四足结构，可以理解的是，由于人体和轮足式半人马机器人在行进时的重心均会发生左右偏移，并且由于人体和轮足式半人马机器人的重心偏移的幅度和频率很难保持一致，从而，当轮足式半人马机器人的重心偏移的幅度或频率与人体的重心偏移的幅度或频率不一致时，轮足式半人马机器人的重心的左右偏移会直接带动人体晃动，进而影响了人体行进的稳定性。

为解决上述问题，本申请实施例中提出了一种轮足式半人马机器人，具体的，如图1和图2所示，轮足式半人马机器人包括承载组件100、驱动组件200和连接组件300，承载组件100能够用于承载货物，如图2所示，承载组件100包括机身主体110，机身主体110能够用于安装驱动组件200和连接组件300，还能够用于放置货物。为方便后续描述，设定轮足式半人马机器人的前进和后退的方向为第一方向，位于水平面内并垂直于第一方向的为第二方向。驱动组件200包括有两个机械臂210，两个机械臂210分别连接于承载组件100沿第一方向的两侧。

连接组件300设置于承载组件100沿第一方向的一端，可以理解的是，连接组件300可以如图1所示，设置于承载组件100的前端，从而人体在前、机器人在后形成四足结构，连接组件300也可以设置于承载组件100的后端(图中未示出)，从而机器人在前、人体在后形成四足结构。当连接组件300设置于承载组件100的一端时，驱动组件200往往连接于承载组件100的另一端，从而支撑起承载组件100，并使其重心位于驱动组件200和连接组件300之间，以使四足结构的受力较为均匀。

连接组件300包括连接件310和调节件320，连接件310可以是绑带、背带、锁扣等结构，用于将轮足式半人马机器人连接至人体上。如图1和图2所示的实施例中，连接件310为用于捆绑于人体腰部的腰带。连接件310设置于调节件320上，并通过调节件320与承载组件100间接连接。

需注意的是，调节件320包括第一自由度调节部321，第一自由度调节部321能够相对于承载组件100转动，如图2所示，第一自由度调节部321的旋转轴线沿第一方向设置。由于第一自由度调节部321的设置，使得轮足式半人马机器人的承载组件100能够与连接件310能够在垂直于第一方向的竖直面内发生相对的转动，进而，当人体与轮足式半人马机器人形成四足结构后，当轮足式半人马机器人以点足行进模式行进时，随着承载组件100的重心的左右晃动，第一自由度调节部321不断地发生逆时针和顺时针的交替转动，以消除轮足式半人马机器人的重心的改变对人体行进稳定性的影响。

基于上述，本申请实施例中的轮足式半人马机器人具有较好的负重性能，并且通过设置第一自由度调节部321，以使轮足式半人马机器人的承载组件100和连接件310之间能够发生相对转动，从而抵消机器人在行进过程中的扭转对人体产生的影响，提高人体穿戴上轮足式半人马机器人后行走的稳定性、舒适性和安全性，人机协调性较好。

当人体穿戴上轮足式半人马机器人后，在途经上下坡、坑洼地段或崎岖地形时，由于人体的足部和机器人的机械臂210存在一定的距离，人体的重心和机器人的重心存在一定的高度差，从而影响人体的移动。为此，在一些实施例中，调节件320还包括有第二自由度调节部322，如图2所示，第二自由度调节部322能够相对于承载组件100转动，区别于第一自由度调节部321的是，第二自由度调节部322的旋转轴线沿第二方向设置，从而，连接件310能够在平行于第一方向的竖直面内相对于承载组件100转动。第二自由度调节部322能够用于重心高度的调整，当人体穿戴上轮足式半人马机器人后途经上下坡、坑洼地段或是崎岖地形时，通过第二自由度调节部322能够调节人体和机器人的相对姿态，类似于四足动物脊柱弯曲一样，以减少机器人对人体在竖直方向上的限制，从而使人体能够顺利的通过上下坡等路段。

可以理解的是，在人体行走或是机器人行走时，重心也会上下波动，通过第二自由度调节部322还能够降低机器人对人体行走稳定性的影响。

进一步的，如图2所示，承载组件100包括两个支撑件120，支撑件120沿第二方向并列设置，并沿第一方向延伸凸出于机身主体110，第二自由度调节部322设置于两个支撑件120之间，第二自由度调节部322分别与两个支撑件120转动连接，以使第二自由度调节部322架设于两个支撑件120之间，并能够相对于机身主体110转动。可以理解的使，支撑件120也可以设置于机身主体110以内，从而第二自由度调节部322的至少部分嵌设于机身主体110以内，并且，能够相对于机身主体110转动。第一自由度调节部321设置于第二自由度调节部322沿第一方向并远离承载组件100的一端，也即，第一自由度调节部321通过第二自由度调节部322与承载组件100连接。

在另一些实施例中，承载组件100包括转动基座，第一自由度调节部321与转动基座转动连接，第二自由度调节部322设置于第一自由度调节部321上，并与第一自由度调节部321转动连接。

在一些实施例中，第一自由度调节部321与连接件310连接，第二自由度调节部322与承载组件100连接，调节件320还包括有缓冲部(图中未示出)，缓冲部分别连接第一自由度调节部321和第二自由度调节部322。进而，当人体穿戴上轮足式半人马机器人后，在行进过程中突然急刹或者急加速时，由于惯性作用，承载组件100会施加给连接件310冲击力或拉力，进而给人体腰部造成较大的负载，容易造成穿戴人员受伤。缓冲部的设置第一自由度调节部321能够相对于第二自由度调节部322沿第一方向移动，从而，当行进过程中急刹时，缓冲部压缩，第二自由度调节部322相对于第一自由度调节部321靠近，以抵消或减轻第二自由度调节部322对第一自由度调节部321的冲击力，进而减轻了对人体的冲击。当行进过程中急加速时，缓冲部拉伸，第二自由度调节部322相对于第一自由度调节部321远离，以抵消或减轻第二自由度调节部322对第一自由度调节部321的拉力，进而减轻了对人体的拉扯力。

现有技术中，主流的地面移动机器人往往是轮式或者腿式，轮式机器人在平地上效率极高，且其机械结构简单，可靠性好，易于控制。但面对一些复杂的非结构化环境下的任务，如在具有楼梯的建筑物内巡检，或在废墟中救援等等，轮式移动机器人难以满足实际应用的需求。腿式机器人具备在复杂非结构化环境中更好的机动性和适应性，腿式机器人的落地点可以在一定范围内选取，非常适合在复杂环境中工作。但腿式机器人移动速度慢，能量消耗高。

为此，本申请实施例中的轮足式半人马机器人结合了轮式机器人和腿式机器人的优点，通过在机械臂210的端部设置转动轮211和驱动件2111，以使半人马机器人具有轮组行进模式(对应于轮式机器人)和点足行进模式(对应于腿式机器人)。具体的，如图2和图4所示，驱动件2111可以是具有电控刹车的驱动电机，从而具有驱动模式和锁止模式，在驱动模式下，驱动件2111驱动转动轮211转动，此时机械臂210不摆动，轮足式半人马机器人处于轮组行进模式。在锁止模式下，驱动件2111限制转动轮211的转动，此时机械臂210交替摆动，以使轮足式半人马机器人切换为点足行进模式。

该轮足式半人马机器人结合了轮式机器人的高速高效性和腿式机器人对复杂地形的适应性强的特点，增大机器人作业范围和环境适应性，轮足式半人马机器人在平地上使用轮子移动，遇到障碍物时则切换成点足行进模式跳过或跨过障碍物。

在一些实施例中，如图3和图4所示，机械臂210包括有连接座212、第一主传动杆213、第二主传动杆214、第一副传动杆215和第二副传动杆216，连接座212用于与承载组件100的机身主体110连接，第一主传动杆213的一端与连接座212固定连接，另一端与第二主传动杆214铰接，第二主传动杆214的另一端设置有转动轮211和驱动件2111。第一副传动杆215的一端与连接座212转动连接，另一端与第二副传动杆216铰接，第二副传动杆216与第二主传动杆214铰接。第一主传动杆213和第二副传动杆216平行设置，第一副传动杆215与第二主传动杆214平行设置，从而形成了平行四边形结构。连接座212内设置有驱动机构，能够驱动第一副传动杆215摆动，又第一副传动杆215的摆动能够带动第二主传动杆214的摆动，从而实现轮足式半人马机器人的点足式行进。该种平行四边形的驱动结构和控制原理较为简单，有利于降低轮足式半人马机器人的调试难度。

进一步的，如图3和图4所示，第一主传动杆213与连接座212连接的一端设置有第一通孔2131，第一副传动杆215的一端穿设于第一通孔2131并与连接座212转动连接，第一主传动杆213上设置有第一限位凸块2132，第一限位凸块2132沿第一通孔2131的周向延伸设置，以限制第一副传动杆215的摆动幅度。

进一步的，连接座212与承载组件100可传动连接，承载组件100上设置有驱动机构，能够驱动连接座212相对于承载组件100转动。结合上述实施例中第一副传动杆215能够相对于连接座212转动，进而轮足式半人马机器人在点足行进模式下具有两级摆动模式，如图3和图4所示，连接座212能够相对于承载组件100发生第一级转动，由于连接座212上固定连接有第一主传动杆213，第一主传动杆213、第二主传动杆214会随连接座212一起转动，以使轮足式半人马机器人在点足行进模式下具有较大的步距。第一副传动杆215能够相对于连接座212发生第二级转动，第一副传动杆215带动第二主传动杆214摆动，以使第二主传动杆214进行步距的微调，从而能够精准控制机械臂210的落脚点，以适应于楼梯等复杂环境的行进。

如图4所示，承载组件100上设置有第二限位凸块130，连接座212的外周面设置有限位部2121，限位部2121和第二限位凸块130配合，以限制连接座212相对于承载组件100的转动幅度。需注意的是，第二限位凸块130沿连接座212的周向延伸设置，并且，第二限位凸块130的弧长小于第一限位凸块2132的弧长，连接座212在第一级转动时具有更大的转动行程，以获得较大的步距调节范围。由于第二级转动为落脚点位置的微调，因此无需较大的转动行程，从而通过较长的第一限位凸块2132以限定出较小的转动行程。

在一些实施例中，如图1和图2所示，轮足式半人马机器人还具有电控组件400，电控组件400包括有蓄电池、控制模块、数据处理与收集模块等，电控组件400设置于承载组件100上，由于电控组件400的质量较重，将其设置于驱动组件200和连接组件300之间的位置，有利于将整个轮足式半人马机器人的重心控制于驱动组件200和连接组件300之间，提高了整体结构的稳定性。

上面结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.轮足式半人马机器人，其特征在于，包括：

承载组件(100)，所述承载组件(100)用于承载货物；

驱动组件(200)，所述驱动组件(200)包括有两个机械臂(210)，两个所述机械臂(210)分别连接于所述承载组件(100)沿第一方向的两侧；

连接组件(300)，所述连接组件(300)设置于所述承载组件(100)沿所述第一方向的一端，所述连接组件(300)包括调节件(320)和用于连接人体的连接件(310)，所述连接件(310)通过所述调节件(320)与所述承载组件(100)连接；

其中，所述调节件(320)包括第一自由度调节部(321)，所述第一自由度调节部(321)能够相对于所述承载组件(100)转动，所述第一自由度调节部(321)的旋转轴线沿所述第一方向设置。

2.根据权利要求1所述的轮足式半人马机器人，其特征在于，所述调节件(320)还包括第二自由度调节部(322)，所述第二自由度调节部(322)能够相对于所述承载组件(100)转动，所述第二自由度调节部(322)的旋转轴线沿第二方向设置。

3.根据权利要求2所述的轮足式半人马机器人，其特征在于，所述承载组件(100)包括沿所述第二方向并列设置的两个支撑件(120)，所述第二自由度调节部(322)设置于两个所述支撑件(120)之间，并与所述支撑件(120)转动连接，所述第一自由度调节部(321)设置于所述第二自由度调节部(322)沿所述第一方向并远离所述承载组件(100)的一端。

4.根据权利要求2所述的轮足式半人马机器人，其特征在于，所述承载组件(100)包括转动基座，所述第一自由度调节部(321)与所述转动基座转动连接，所述第二自由度调节部(322)设置于所述第一自由度调节部(321)上，并与所述第一自由度调节部(321)转动连接。

5.根据权利要求2所述的轮足式半人马机器人，其特征在于，所述第一自由度调节部(321)与所述连接件(310)连接，所述第二自由度调节部(322)与所述承载组件(100)连接，所述调节件(320)还包括有缓冲部，所述缓冲部分别连接所述第一自由度调节部(321)和第二自由度调节部(322)，以使所述第一自由度调节部(321)能够相对于所述第二自由度调节部(322)沿所述第一方向移动。

6.根据权利要求1所述的轮足式半人马机器人，其特征在于，所述机械臂(210)包括有转动轮(211)和驱动件(2111)，所述驱动件(2111)具有驱动模式和锁止模式，在所述驱动模式下，所述驱动件(2111)驱动所述转动轮(211)转动，在所述锁止模式下，所述驱动件(2111)限制所述转动轮(211)的转动。

7.根据权利要求1所述的轮足式半人马机器人，其特征在于，所述机械臂(210)包括有连接座(212)、第一主传动杆(213)、第二主传动杆(214)、第一副传动杆(215)和第二副传动杆(216)，所述第一主传动杆(213)的一端与所述连接座(212)固定连接，另一端与所述第二主传动杆(214)铰接，所述第一副传动杆(215)的一端与所述连接座(212)转动连接，另一端与所述第二副传动杆(216)铰接，所述第二副传动杆(216)与所述第二主传动杆(214)铰接，以使所述第一副传动杆(215)的摆动能够带动所述第二主传动杆(214)的摆动。

8.根据权利要求7所述的轮足式半人马机器人，其特征在于，所述第一主传动杆(213)与所述连接座(212)固定连接的一端设置有第一通孔(2131)，所述第一副传动杆(215)的一端穿设于所述第一通孔(2131)并与所述连接座(212)转动连接，所述第一主传动杆(213)上设置有第一限位凸块(2132)，所述第一限位凸块(2132)沿所述第一通孔(2131)的周向延伸设置，以限制所述第一副传动杆(215)的摆动幅度。

9.根据权利要求7所述的轮足式半人马机器人，其特征在于，所述连接座(212)与所述承载组件(100)可转动连接，所述承载组件(100)上设置有第二限位凸块(130)，所述连接座(212)的外周面设置有限位部(2121)，所述第二限位凸块(130)和所述限位部(2121)配合，以限制所述连接座(212)的转动幅度。

10.根据权利要求1所述的轮足式半人马机器人，其特征在于，所述轮足式半人马机器人还包括有电控组件(400)，所述电控组件(400)设置于所述承载组件(100)上，并位于所述驱动组件(200)和连接组件(300)之间。