LU500267B1 - Reconfigurable bipedal robot with multiple movement modes - Google Patents
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Abstract
La présente invention divulgue un robot bipède reconfigurable ayant multiples modes de mouvement, qui a une structure symétrique gauche-droite et comprend un composant de tronc, une hanche gauche, une hanche droite, une jambe gauche et une jambe droite, le composant de tronc étant relié de manière rotative à la hanche gauche et à la hanche droite qui sont disposées de manière symétrique de part et d'autre du composant de tronc, et la jambe gauche et la jambe droite étant reliées respectivement de manière rotative à la hanche gauche et à la hanche droite ; la jambe gauche comprenant un composant de cuisse, un composant de jambe inférieure, un composant flexible d'amortissement, un composant de plante du pied, un composant d'orteil, une bielle d'équilibrage, une roue d'entraînement et une roue entraînée, la hanche gauche et la hanche droite ayant la même structure, et la jambe gauche et la jambe droite ayant la même structure. En modifiant l'articulation d'entraînement et la structure du robot, le robot bipède peut passer en divers modes de mouvement, de sorte de réaliser un entraînement efficace de robots à pieds dans différents scénarios pour satisfaire différentes exigences fonctionnelles.The present invention discloses a reconfigurable bipedal robot having multiple movement modes, which has a left-right symmetric structure and includes a trunk component, a left hip, a right hip, a left leg and a right leg, the trunk component being rotatably connected to the left hip and the right hip which are arranged symmetrically on either side of the trunk component, and the left leg and the right leg being respectively rotatably connected to the left hip and to the the right hip; the left leg including a thigh component, a lower leg component, a flexible cushioning component, a ball of the foot component, a toe component, a balance rod, a drive wheel and a driven wheel , the left hip and the right hip having the same structure, and the left leg and the right leg having the same structure. By changing the drive joint and structure of the robot, the biped robot can switch to various motion modes, so as to realize effective training of walking robots in different scenarios to satisfy different functional requirements.
Description
L 267 Robot bipède reconfigurable ayant multiples modes de mouvement KaL 267 Reconfigurable bipedal robot with multiple movement modes Ka
DOMAINE TECHNIQUE La presente invention concerne le domaine de robot ä pieds, en particulier un robot bipede reconfigurable ayant multiples modes de mouvement.TECHNICAL FIELD The present invention relates to the field of walking robots, in particular a reconfigurable bipedal robot having multiple modes of movement.
CONTEXTE TECHNIQUE Par rapport aux robots à roues, les robots à pieds présentent des avantages significatifs en termes d'adaptabilité aux terrains, et peuvent effectuer des actions telles que monter et descendre des escaliers, traverser des ravins et éviter les obstacles. Par conséquent, les robots à pied présentent une grande potentialité d’applications dans des scènes telles que les explorations sur le terrain, les sauvetages de catastrophe et les transports de matériaux. Cependant, les robots à roues présentent des avantages significatifs en termes de taux d'utilisation de l'énergie et de vitesse, un robot bipède reconfigurable avec une bonne adaptabilité aux terrains, une vitesse élevée et un taux d’utilisation d'énergie élevé qui est conçu en combinant les avantages des deux types de robot devient la clé de recherche sur les robots bipèdes à l’heure actuelle. DIVULGATION DE L’INVENTION Pour résoudre les problèmes des robots bipèdes existants tels qu’une baisse vitesse et un faible taux d’utilisation d’énergie, la présente invention propose un robot bipède reconfigurable ayant multiples modes de mouvement. La présente invention peut être réalisée par une solution technique suivante : Un robot bipède reconfigurable ayant multiples modes de mouvement est proposé, qui a une structure symétrique gauche-droite et comprend un composant de tronc, une hanche gauche, une hanche droite, une jambe gauche et une jambe droite, le composant de tronc étant relié de manière rotative à la hanche gauche et à la hanche droite qui sont disposées de manière symétrique de part et d'autre du composant de tronc, et la jambe gauche et la jambe droite étant reliées respectivement de manière rotative à la hanche gauche et à la hanche droite ; 1TECHNICAL BACKGROUND Compared to wheeled robots, walking robots have significant advantages in terms of adaptability to terrains, and can perform actions such as going up and down stairs, crossing ravines and avoiding obstacles. Therefore, walking robots have great potential for applications in scenes such as field explorations, disaster rescues, and material transportations. However, wheeled robots have significant advantages in terms of energy utilization rate and speed, a reconfigurable bipedal robot with good terrain adaptability, high speed and high energy utilization rate which is designed by combining the advantages of both types of robot becomes the key to bipedal robot research at present. DISCLOSURE OF THE INVENTION To solve the problems of existing bipedal robots such as low speed and low energy utilization rate, the present invention provides a reconfigurable bipedal robot having multiple movement modes. The present invention can be realized by a following technical solution: A reconfigurable bipedal robot having multiple movement modes is provided, which has a left-right symmetric structure and includes a trunk component, a left hip, a right hip, a left leg and a right leg, the trunk component being rotatably connected to the left hip and the right hip which are symmetrically disposed on either side of the trunk component, and the left leg and the right leg being connected respectively in a rotational manner at the left hip and at the right hip; 1
La jambe gauche comprend un composant de cuisse, un composant de jambe inférieure. on 9 composant flexible d’amortissement, un composant de plante du pied, un composant d'orteil, une bielle d’équilibrage, une roue d'entraînement et une roue entraînée ; Une extrémité du composant de cuisse est reliée à la hanche gauche par un couple de rotation, l'autre extrémité du composant de cuisse est reliée à une extrémité du composant de jambe inférieure par un couple de rotation, l'autre extrémité du composant de jambe inférieure est reliée au milieu du composant de plante du pied par un couple de rotation, une extrémité du composant de plante du pied est reliée au milieu du composant d’orteil par un couple de rotation, l'autre extrémité du composant de plante du pied est reliée à une extrémité de la bielle d’équilibrage par un couple de rotation, la roue d'entraînement est reliée à l'autre extrémité de la bielle d’équilibrage par un couple de rotation, et la roue entraînée est reliée à une extrémité du composant d’orteil par un couple de rotation ; Le composant flexible d’amortissement est relié entre le composant de cuisse et le composant de plante du pied ; La hanche gauche et la hanche droite ont la même structure, et la jambe gauche et la jambe droite ont la même structure. En ajustant les articulations d’entraînement du robot bipède, lorsque le composant d’orteil touche le sol et que la roue d’entraînement et la roue entraînée ne sont pas au sol, le mode de mouvement bipède sera activé ; lorsque la roue d’entrainement et la roue entraînée touchent le sol et le composant d’orteil n’est pas au sol, le mode de mouvement à roues sera activé. De plus, le composant flexible d’amortissement comprend une bielle à l'extrémité supérieure de la cuisse, un composant élastique et une bielle de plante du pied connectés en séquence. De plus, le robot bipède comprend également une bielle à l'extrémité inférieure d'orteil et une bielle à l'extrémité supérieure d'orteil, une extrémité de la bielle à l'extrémité inférieure d'orteil étant reliée à l’autre extrémité du composant d'orteil par un coupe de rotation, une extrémité de la bielle à l'extrémité supérieure d'orteil étant reliée au composant de plante du pied par un coupe de rotation, et l’autre extrémité de la bielle à l'extrémité inférieure d'orteil étant reliée à l’autre extrémité de la bielle à l'extrémité supérieure d'orteil par un coupe de rotation, formant ainsi un mécanisme de bielle pour ajuster la roue entraînée.The left leg includes a thigh component, a lower leg component. there are 9 flexible cushioning component, sole component, toe component, balance rod, drive wheel and driven wheel; One end of the thigh component is connected to the left hip by rotational torque, the other end of the thigh component is connected to one end of the lower leg component by rotational torque, the other end of the leg component lower part is connected to the middle of the sole component by rotational torque, one end of the sole component is connected to the middle of the toe component by rotation torque, the other end of the sole component is connected to one end of the balance rod by rotation torque, the drive wheel is connected to the other end of the balance rod by rotation torque, and the driven wheel is connected to one end of the toe component by a rotational torque; The flexible cushioning component is connected between the thigh component and the sole component; The left hip and the right hip have the same structure, and the left leg and the right leg have the same structure. By adjusting the driving joints of the bipedal robot, when the toe component touches the ground and the driving wheel and the driven wheel are off the ground, the bipedal motion mode will be activated; when the drive wheel and the driven wheel touch the ground and the toe component is not on the ground, the wheeled motion mode will be activated. In addition, the cushioning flexible component includes a thigh upper end link, an elastic component and a sole foot link connected in sequence. In addition, the bipedal robot also includes a toe lower end connecting rod and a toe upper end connecting rod, wherein one end of the toe lower end connecting rod is connected to the other end of the toe component by a rotation cup, one end of the connecting rod at the toe upper end being connected to the ball of the foot component by a rotation cutting, and the other end of the connecting rod at the toe end lower toe being connected to the other end of the connecting rod at the upper toe end by a rotational cup, thereby forming a connecting rod mechanism for adjusting the driven wheel.
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De plus, la hanche gauche comprend une tige de rotation verticale de la hanche, un composant 909967 rotation horizontale de la hanche et un composant de fixation de la hanche, le composant de tronc étant relié à la tige de rotation verticale de la hanche par un couple de rotation, la tige de rotation verticale de la hanche étant relié au composant de rotation horizontale de la hanche par un couple de rotation, le composant de fixation de la hanche étant relié de manière rigide au composant de rotation horizontale de la hanche, et le composant de tronc réalisant un roulement transversal et une déflexion à travers le composant de rotation horizontale de la hanche et le composant de fixation de la hanche.In addition, the left hip includes a vertical hip rotation rod, a horizontal hip rotation component, and a hip fixation component, wherein the trunk component is connected to the vertical hip rotation rod by a rotational torque, the vertical hip rotation rod being connected to the horizontal hip rotation component by rotational torque, the hip fixation component being rigidly connected to the horizontal hip rotation component, and the trunk component performing transverse roll and deflection through the horizontal hip rotation component and the hip fixation component.
La présente invention présente les effets bénéfiques suivants : Le robot bipède conçu selon la présente invention peut choisir le mode de mouvement à roues ou à pieds en fonction des situations environnementales, améliorer l'adaptabilité aux terrains et la vitesse et combiner les avantages du robot bipède et du robot à roues, et a une bonne adaptabilité aux environnements et une haute efficacité de travail.The present invention has the following beneficial effects: The bipedal robot designed according to the present invention can choose wheeled or footed movement mode according to environmental situations, improve terrain adaptability and speed, and combine the advantages of the bipedal robot and wheeled robot, and has good adaptability to environments and high working efficiency.
DESCRIPTION DES FIGURES La figure 1 est une vue d’un mode de mouvement à pieds du robot bipède ; La figure 2 est une vue d’un mode de mouvement à roues du robot bipède ; La figure 3 est une vue simplifiée du mécanisme de jambe du robot bipède ; Sur les figures, composant de tronc 1, tige de rotation verticale de la hanche 2, composant de rotation horizontale de la hanche 3, composant de fixation de la hanche 4, composant de cuisse 5, composant de jambe inférieure 6, bielle à l'extrémité supérieure de la cuisse 7, composant flexible 8, bielle à l'extrémité inférieure de la cuisse 9, composant de plante du pied 10, composant d'orteil 11, bielle d’équilibrage 12, bielle à l'extrémité inférieure d'orteil 13, bielle à l'extrémité supérieure d'orteil 14, roue d'entraînement 15 et roue entraînée 16.DESCRIPTION OF THE FIGURES Figure 1 is a view of a walking mode of the biped robot; Figure 2 is a view of a wheeled motion mode of the bipedal robot; Figure 3 is a simplified view of the bipedal robot leg mechanism; In the figures, trunk component 1, vertical hip rotation rod 2, horizontal hip rotation component 3, hip fixation component 4, thigh component 5, lower leg component 6, connecting rod at the upper thigh end 7, flex component 8, lower thigh end link 9, sole component 10, toe component 11, balance link 12, lower toe end link 13, toe top end connecting rod 14, drive wheel 15 and driven wheel 16.
EXPOSE DÉTAILLE DE MODE DE REALISATION Les objets et les effets de la présente invention apparaîtront plus claires à la lecture de la description détaille ci-après en référant les figures et les exemples de réalisation suivants. On comprendra que 3 les exemples de réalisation décrits ci-dessous ne sont qu’à titre des exemples de realisation 20 illustratifs, au lieu de description limitative pour la présente invention.DETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENT The objects and effects of the present invention will become clearer on reading the detailed description below by referring to the following figures and exemplary embodiments. It will be understood that the embodiments described below are only by way of illustrative embodiments, rather than limiting description for the present invention.
Comme montrée la figure 1, le robot bipéde reconfigurable ayant multiples modes de mouvement selon la présente invention comprend un composant de tronc 1, une tige de rotation verticale de la hanche 2, un composant de rotation horizontale de la hanche 3, un composant de fixation de la hanche 4, un composant de cuisse 5, un composant de jambe inférieure 6, une bielle a l'extrémité supérieure de la cuisse 7, un composant flexible 8, une bielle à l'extrémité inférieure de la cuisse 9, un composant de plante du pied 10, un composant d'orteil 11, une bielle d’équilibrage 12, une bielle à l'extrémité inférieure d'orteil 13, une bielle à l'extrémité supérieure d'orteil 14, une roue d'entraînement 15 et une roue entraînée 16. Comme montrées les figures 1 à 3, la tige de rotation verticale de la hanche 2 est reliée respectivement au composant de tronc 1 et au composant de rotation horizontale de la hanche 3 par des couples de rotation avec des axes perpendiculaires l’un à l’autre, formant une charnière à articulation universelle, ce qui fournit au robot bipède un degré de liberté de rotation autour de l'axe z et de l'axe y, en entraînant la charnière à articulation universelle, le composant de fixation de la hanche 4 peut tourner de manière appropriée autour de l'axe z et de l'axe y par rapport au composant de tronc 1. Le composant de fixation de la hanche 4 est fixée sur le composant de rotation horizontale de la hanche 3 et est relié au composant de cuisse 5 par un couple de rotation, ce qui fournit au robot bipède un degré de liberté de rotation autour de l'axe x.As shown in Fig. 1, the reconfigurable bipedal robot having multiple movement modes according to the present invention comprises a trunk component 1, a vertical hip rotation rod 2, a horizontal hip rotation component 3, a fixation component 4, a thigh component 5, a lower leg component 6, an upper thigh end link 7, a flexible component 8, a lower thigh end link 9, a sole of the foot 10, a toe component 11, a balance link 12, a lower toe link 13, an upper toe link 14, a drive wheel 15 and a driven wheel 16. As shown in Figures 1 to 3, the vertical hip rotation rod 2 is connected to the trunk component 1 and the horizontal hip rotation component 3 respectively by rotational torques with perpendicular axes l to each other, forming a c universal joint hinge, which provides the biped robot with a degree of freedom of rotation around the z-axis and y-axis, by driving the universal joint hinge, the hip attachment component 4 can rotate so appropriate around the z-axis and the y-axis with respect to the trunk component 1. The hip fixation component 4 is attached to the hip horizontal rotation component 3 and is connected to the thigh component 5 by a rotational torque, which provides the bipedal robot with a degree of rotational freedom around the x axis.
En entraînant le couple de rotation, le composant de cuisse 5 peut tourner de manière appropriée autour de l'axe x, l'axe y et l'axe z par rapport au composant de tronc 1. Non limité à cette liaison, un couple sphérique reliant le composant de tronc 1 et le composant de cuisse 5 peut fournir le même effet de gain.By driving the rotational torque, the thigh component 5 can appropriately rotate around the x-axis, the y-axis and the z-axis with respect to the trunk component 1. Not limited to this connection, a spherical torque connecting trunk component 1 and thigh component 5 can provide the same gain effect.
Le composant de cuisse 5, le composant de jambe inférieure 6, la bielle à l'extrémité supérieure de la cuisse 7, la bielle à l'extrémité inférieure de la cuisse 9 et le composant de plante du pied 10 sont tous reliés l'un à l'autre par un couple de rotation, et les deux extrémités du composant flexible 8 sont reliées de manière fixe respectivement à la bielle à l'extrémité supérieure de la cuisse 7 et à la bielle à l'extrémité inférieure de la cuisse 9, de sorte que les six tiges forment un mécanisme plat flexible à multiples tiges.The thigh component 5, the lower leg component 6, the thigh upper end link 7, the thigh lower end link 9 and the sole of the foot component 10 are all connected to one another. to each other by a rotational torque, and the two ends of the flexible component 8 are fixedly connected respectively to the connecting rod at the upper end of the thigh 7 and to the connecting rod at the lower end of the thigh 9, so that the six rods form a flexible multi-rod flat mechanism.
Le mécanisme plat flexible à multiples tiges peut non seulement améliorer la rigidité structurelle du robot bipède, mais également réduire le choc entre l'extrémité du robot 4 bipède et le sol en introduisant le composant flexible, et peut stocker une quantité d'énergie ont 20 réduire le choc et améliorer le taux d'utilisation de l'énergie.The multi-rod flexible flat mechanism can not only improve the structural rigidity of the biped robot, but also reduce the shock between the end of the biped robot 4 and the ground by introducing the flexible component, and can store an amount of energy have 20 reduce shock and improve energy utilization rate.
En entraînant les articulations rotatives entre le composant de fixation de la hanche 4 et le composant de cuisse 5 et entre le composant de cuisse 5 et le composant de jambe inférieure 6, la tâche de marche du robot bipède peut être réalisée, comme montrée sur la figure 3. Non limité à cette liaison, une tige flexible reliant directement le composant de cuisse 5 et le composant de plante du pied 10 peut fournir le même effet de gain.By driving the rotary joints between the hip attachment component 4 and the thigh component 5 and between the thigh component 5 and the lower leg component 6, the walking task of the bipedal robot can be realized, as shown in Fig. Figure 3. Not limited to this connection, a flexible upper directly connecting the thigh component 5 and the sole component 10 can provide the same gain effect.
En entraînant de manière appropriée les articulations d'entraînement du robot bipède, le robot bipède peut passer en mode de mouvement bipède ou en mode de mouvement à roues.By appropriately driving the drive joints of the bipedal robot, the bipedal robot can switch to bipedal motion mode or wheeled motion mode.
Les deux extrémités de la biellette d'équilibrage 12 sont reliées respectivement au composant de plante du pied 10 et à la roue d'entraînement 15 par un couple de rotation, en mode de mouvement bipède, une commande active sur l’angle d’oscillation, la vitesse et l’accélération de la biellette d'équilibrage 12 et le régime de la roue d'entraînement 15 permet de réaliser un équilibrage statique et dynamique du robot ; en mode de mouvement à roues, une commande active sur la biellette d'équilibrage 12 permet de réaliser les fonctions d'amortissement et d’éviter des obstacles.The two ends of the balance link 12 are respectively connected to the sole component of the foot 10 and to the drive wheel 15 by a torque of rotation, in bipedal mode of movement, an active control on the angle of oscillation , the speed and the acceleration of the balancing link 12 and the speed of the drive wheel 15 makes it possible to achieve static and dynamic balancing of the robot; in wheeled movement mode, an active control on the balance rod 12 allows the damping functions to be carried out and obstacles to be avoided.
Le composant de plante du pied 10, le composant d'orteil 11, la bielle à l'extrémité inférieure d'orteil 13 et la bielle à l'extrémité supérieure d'orteil 14 sont tous reliés l'un à l'autre par un couple de rotation, forment ainsi un mécanisme plat à quatre tiges, et l’autre extrémité du composant d'orteil 11 est reliée à la roue entraînée 16 par un couple de rotation, de sorte que la roue entraînée 16 puisse tourner de manière libre.The ball of the foot component 10, the toe component 11, the lower toe end link 13 and the upper toe end link 14 are all connected to each other by a rotational torque, thus form a flat four-rod mechanism, and the other end of the toe component 11 is connected to the driven wheel 16 by rotational torque, so that the driven wheel 16 can rotate freely.
Comme montrée la figure 3, en mode de mouvement bipède, le mécanisme plat à quatre tiges entraîne le composant d'orteil 11 vers le haut, ce qui permet de réduire le moment d'inertie du robot bipède et d’améliorer ses performances de mouvement à la condition que le robot bipède s'adapte à différents terrains ; en mode de mouvement à roues, la position de la roue entraînée 16 peut être ajustée à travers le mouvement du mécanisme à quatre tiges, ce qui permet à la roue entraînée 16 de mieux coopérer avec le mouvement de la roue d’entraînement 15, améliorant ainsi les performances de mouvement du robot bipède en mode de mouvement à roues.As shown in Fig. 3, in the bipedal motion mode, the flat four-rod mechanism drives the toe component 11 upwards, which can reduce the moment of inertia of the bipedal robot and improve its motion performance. on the condition that the bipedal robot adapts to different terrains; in the wheel motion mode, the position of the driven wheel 16 can be adjusted through the movement of the four-rod mechanism, which allows the driven wheel 16 to better cooperate with the movement of the drive wheel 15, improving thus the motion performance of the bipedal robot in the wheeled motion mode.
Selon la présente invention, une structure mixte de roues et de pieds est utilisée, ce qui permet de réduire le choc et de stocker de l'énergie en marche bipède en introduisant les composants flexibles ; un mécanisme à multiples tiges formé par le composant de cuisse, le composant de jambe inférieure, le composant flexible d’amortissement et le composant de plante du pied peut améliorer >’ la rigidité structurelle et la stabilité de marche du robot bipède ; l'oscillation de la biellette d'équilibrage et la rotation de la roue d’entraînement réalise un équilibrage actif du robot bipède en marche bipède ; le composant de plante du pied et le composant d'orteil permet au robot bipède de présenter une adaptabilité active à différents terrains ; en ajustant le mécanisme de jambe du robot bipède, le robot bipède peut passer en mode de mouvement à pieds ou en mode de mouvement à roues ; en mode de mouvement à roues, en ajustant la bielle d'équilibrage et le composant d'orteil, un amortissement peut être fournit à la roue d’entraînement et à la roue entraînée sur les terrains. L'homme de l'art doivent comprendre que les exemples de réalisation ci-dessus ne sont que les exemples de réalisation de préférence, mais non limitatifs ; bien que la présente invention soit décrite en détail en référence aux exemples de réalisation ci-dessus, l’homme de l’art peut modifier les solutions techniques décrites dans les exemples de réalisation ci-dessus ou remplacer certaines caractéristiques techniques de manière équivalente. Tous modifications et remplacements équivalents qui respectent les esprits et les principes de la présente invention doivent être inclus dans le cadre de protection de la présente invention.According to the present invention, a mixed structure of wheels and feet is used, which makes it possible to reduce the shock and to store energy in bipedal walking by introducing the flexible components; a multi-rod mechanism formed by the thigh component, the lower leg component, the flexible cushioning component and the sole component can improve the structural rigidity and walking stability of the biped robot; the oscillation of the balance rod and the rotation of the drive wheel realizes an active balancing of the bipedal robot in bipedal walking; the sole component and the toe component enable the bipedal robot to exhibit active adaptability to different terrains; by adjusting the leg mechanism of the bipedal robot, the bipedal robot can switch to feet motion mode or wheel motion mode; In the wheeled motion mode, by adjusting the balance rod and the toe component, damping can be provided to the driving wheel and the driven wheel on the grounds. Those skilled in the art should understand that the above exemplary embodiments are only preferred, but not limiting, exemplary embodiments; although the present invention is described in detail with reference to the examples of embodiment above, those skilled in the art can modify the technical solutions described in the examples of embodiment above or replace certain technical characteristics in an equivalent manner. All modifications and equivalent replacements which comply with the spirits and principles of the present invention shall be included within the scope of protection of the present invention.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG | Patent granted |
Effective date: 20211210 |