機器人平衡系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種機器人平衡系統(tǒng)，包括滑動塊、檢測機器人失衡狀態(tài)的傳感器、根據所述失衡狀態(tài)給出驅動信號的控制模塊和根據所述驅動信號控制所述滑動塊平行于所述機器人的腳掌伸縮運動的驅動電機；該系統(tǒng)檢測到機器人的失衡狀態(tài)后，將該失衡狀態(tài)轉化為驅動電機的控制信號，由該驅動電機控制相應的滑動塊平行于所述機器人的腳掌作伸縮運動，可以有效的實現行走式機器人在運動，站立狀態(tài)下的平衡，結構簡單可行。
【專利說明】
機器人平衡系統(tǒng)
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及機器人運動控制技術領域，特別是涉及一種機器人平衡系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]近年來，許多國家紛紛投入智能機器人的研究與開發(fā)，從而智能機器人的應用范圍也越來越廣，機器人開發(fā)存在一個關鍵性問題，怎樣維持機器人運動過程中始終保持平衡，不會自倒，對于這個問題，雖然各國家都盡量在結構，重心等各方面進行了很多改進，但都不能根本性解決此問題。
[0003]目前，控制機器人平衡的方式有兩種:一種為配重方式平衡，這種方法加重了機器人自身的重量，對于失衡較大的情況就失去了效果，實現起來也較復雜;另一種方式為阻尼式平衡，其對于滑輪運動的機器人有效，但對于行走式機器人則無法實現平衡。

【發(fā)明內容】

[0004]基于此，有必要提供一種機器人平衡系統(tǒng)，可以有效的實現行走式機器人的平衡，結構簡單可行。
[0005]—種機器人平衡系統(tǒng)，包括滑動塊、檢測機器人失衡狀態(tài)的傳感器、根據所述失衡狀態(tài)給出驅動信號的控制模塊和根據所述驅動信號控制所述滑動塊平行于所述機器人的腳掌伸縮運動的驅動電機。
[0006]在其中一個實施例中，所述滑動塊有四個，分別設置在所述機器人的前腳掌、腳后跟、腳掌中部內側和腳掌中部外側。
[0007]在其中一個實施例中，所述驅動電機有四個，分別用于控制設置在所述機器人的前腳掌、腳后跟、腳掌中部內側和腳掌中部外側的滑動塊平行于所述機器人的腳掌伸縮運動。
[0008]在其中一個實施例中，所述傳感器包括重力傳感器，所述重力傳感器設置在所述機器人的主控制板上。
[0009]在其中一個實施例中，還包括設置在所述機器人的腳背上支撐機器人直立的球形柱。
[0010]在其中一個實施例中，所述傳感器包括壓力傳感器，設置在所述球形柱的側面。
[0011]在其中一個實施例中，所述壓力傳感器有四個，分別設置在所述球形柱側面以其軸線為中心的前后左右四個對稱的位置。
[0012]在其中一個實施例中，還包括螺桿、軸承套和固定件，所述螺桿通過軸承套和所述驅動電機連接，所述螺桿通過所述固定件和所述滑動塊固定連接。
[0013]在其中一個實施例中，還包括輪子，所述輪子設置在所述滑動塊的下方，所述輪子的支撐點與所述腳掌的腳底面在同一水平面上。
[0014]在其中一個實施例中，還包括螺絲套和固定設置在所述腳掌上的平行導柱，所述螺絲套固定在所述平行導柱靠近所述滑動塊的一側，所述螺桿和所述螺絲套螺旋連接，所述螺桿設置在所述平行導柱內。
[0015]上述機器人平衡系統(tǒng)，檢測到機器人的失衡狀態(tài)后，將該失衡狀態(tài)轉化為驅動電機的控制信號，由該驅動電機控制相應的滑動塊平行于所述機器人的腳掌作伸縮運動，可以有效的實現行走式機器人在運動，站立狀態(tài)下的平衡，結構簡單可行。
【附圖說明】
[0016]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他實施例的附圖。
[0017]圖1是一實施例中一種機器人平衡系統(tǒng)的縱切面圖；
[0018]圖2是一實施例中一種機器人平衡系統(tǒng)的俯視圖；
[0019]圖3是另一實施例中一種機器人平衡系統(tǒng)的俯視圖；
[0020]圖4是一實施例中一種機器人平衡系統(tǒng)的信號處理框圖。
【具體實施方式】
[0021]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0022]除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本發(fā)明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術語“及/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。
[0023]參見圖1和圖2，圖1是一實施例中一種機器人平衡系統(tǒng)的縱切面圖，圖2是一實施例中一種機器人平衡系統(tǒng)的俯視圖。
[0024]本實施的機器人平衡系統(tǒng)，包括滑動塊、檢測機器人失衡狀態(tài)的傳感器11、根據所述失衡狀態(tài)給出驅動信號的控制模塊12和根據所述驅動信號控制滑動塊I平行于所述機器人的腳掌伸縮運動的驅動電機13所述滑動塊I設置在所述機器人的前腳掌。腳是機器人維持平衡的重要部位，該機器人平衡系統(tǒng)的主要結構設置在機器人的腳部。
[0025]行走式的機器人在行走或站立的過程中時刻需要保持平衡，當該機器人處于失衡狀態(tài)時，一般有以下幾種情況，前傾、后仰、左傾和右傾，其中前傾和后仰是該機器人較常出現的失衡狀態(tài)，當該機器人處于前傾或后仰的失衡狀態(tài)時，其傾斜角度達到一定的傾斜角度閾值，通過檢測機器人失衡狀態(tài)的傳感器11可以檢測到其傾斜角度對應的相關狀態(tài)參數，控制模塊12對該相關狀態(tài)參數的失衡狀態(tài)進行分析和處理，得到機器人的失衡狀態(tài)參數，并根據該失衡狀態(tài)參數給出控制滑動塊I平行于機器人的腳掌伸縮運動的控制信號到驅動電機13，由驅動電機13帶動該滑動塊I運動，從而保持機器人的平衡。
[0026]例如，若控制模塊i2根據傳感器11檢測到的相關狀態(tài)參數得到了機器人前傾的傾斜角度，該傾斜角度超過了平衡狀態(tài)下的傾斜角度閾值，判斷機器人處于前傾的失衡狀態(tài)，控制模塊12根據該傾斜角度給出控制滑動I塊平行于機器人的腳掌向前伸出的控制信號，控制驅動電機13帶動滑動塊I向外伸出相應的長度，增加腳掌的長度和面積，從而保證機器人不會向前傾倒，維持其平衡狀態(tài)。
[0027]在其中一個實施例中，參見圖3，上述滑動塊I有四個，分別設置在所述機器人的前腳掌、腳后跟、腳掌中部內側和腳掌中部外側，對應的驅動電機13有四個，分別用于控制設置在所述機器人的前腳掌、腳后跟、腳掌中部內側和腳掌中部外側的滑動塊I平行于所述機器人的腳掌伸縮運動。
[0028]當機器人后傾嚴重時，通過收縮設置在前腳掌的滑動塊I不能維持其平衡的情況下，控制設置在腳后跟處的滑動塊I向后伸出，從而保持機器人的平衡。
[0029]當機器人在單腳運動的過程中，容易發(fā)生左右傾倒的情況，此時通過重力傳感器和/或壓力傳感器檢測到其傾斜角度對應的相關狀態(tài)參數，由控制模塊12通過分析處理給出控制設置在機器人腳掌中部內側或腳掌中部外側的滑動塊I平行于腳掌的腳底面作左右伸縮運動，以控制機器人不會發(fā)生左右傾倒。
[0030]此外，機器人在運動，如跑步、轉圈的過程中動作多樣，其失衡狀態(tài)也對應有多種，如左前傾、右后傾等，同樣的，控制模塊12實時獲取到機器人的傾斜角度之后，對該傾斜角度進行分析，若確定機器人處于失衡狀態(tài)，根據該傾斜角度給出四個驅動電機13的控制信號，控制相應的滑動塊I運動，以實現機器人在運動過程中的平衡，如若機器人發(fā)生了左前傾的失衡狀態(tài)，控制設置在機器人前腳掌和腳掌中部外側的滑動塊I向外伸出，以實現機器人的平衡。
[0031]在其中一個實施例中，傳感器11為重力傳感器111，所述重力傳感器111設置在所述機器人的主控制板上。
[0032]機器人在行走或站立的過程中，當其處于不同的運動狀態(tài)和姿態(tài)時，重力傳感器可以檢測到機器人加速度的變化，通過該加速度可以計算出機器人相對于水平面的傾斜角度。
[0033]在其中一個實施例中，還包括設置在所述機器人的腳背上支撐機器人直立的球形柱2，球形柱2包括柱狀部和與柱狀部連接的球形部位。該球形柱2以其球形部位的底端為固定支點，可以在一定的空間內前后左右搖擺，從而支撐機器人前后左右運動。
[0034]在其中一個實施例中，所述傳感器11為壓力傳感器112，設置在所述球形柱2的側面。機器人在運動的過程中，設置在球形柱2側面的壓力傳感器112可以檢測到該球形柱2側面不同部位承受的壓力，當機器人處于平衡狀態(tài)時，其側面不同部位承受的壓力在一定的范圍內波動，當機器人處于失衡狀態(tài)時，其側面局部承受的壓力會超出該范圍。
[0035]在其中一個實施例中，所述壓力傳感器112有四個，分別設置在所述球形柱2側面以其軸線為中心的前后左右四個對稱的位置。分別檢測機器人處于四種失衡狀態(tài)時，球形柱2不同部位承受的壓力，該壓力與機器人的傾斜角度呈線性關系，通過該壓力值可以得到此時機器人的傾斜角度。
[0036]若根據上述傾斜角度判斷機器人處于后仰的失衡狀態(tài)，控制模塊12根據該傾斜角度控制滑動塊I向后收縮相應的長度，減小腳掌的長度和面積，從而保證機器人不會向后傾倒。
[0037]在其中一個實施例中，該機器人平衡系統(tǒng)還包括螺桿4、軸承套3和固定件6，所述螺桿4通過軸承套3和所述驅動電機13連接，所述螺桿4通過所述固定件6和所述滑動塊I固定連接?；瑒訅KI在驅動電機13和螺桿4的帶動下平行于機器人的腳掌作前后伸縮運動。
[0038]在其中一個實施例中，該機器人平衡系統(tǒng)還包括輪子7，所述輪子7設置在所述滑動塊I的下方，所述輪子7的支撐點與所述腳掌的腳底面在同一水平面上。驅動電機13帶動滑動塊I在輪子7的作用下作前后伸縮運動。
[0039]在其中一個實施例中，該機器人平衡系統(tǒng)還包括螺絲套5和固定設置在所述腳掌上的平行導柱8，螺絲套5固定在所述平行導柱8靠近所述滑動塊I的一側，所述螺桿4和所述螺絲套5螺旋連接，所述螺桿4設置在所述平行導柱8內。
[0040]在其中一個實施例中，參見圖3，上述螺桿4、軸承套3、固定件6、輪子7、螺絲套5和平行導柱8對應四個滑動塊I和驅動電機13分別設置有四個。
[0041]參見圖4，圖4是一實施例中一種機器人平衡系統(tǒng)的信號處理框圖。
[0042]在其中一個實施例中，該機器人平衡系統(tǒng)還包括信號放大器14，所述信號放大器14的輸入端連接所述傳感器11，所述信號放大器14的輸出端連接所述控制模塊12。
[0043]在其中一個實施例中，該機器人平衡系統(tǒng)還包括模數轉換模塊15，所述模數轉換模塊15的輸入端連接所述信號放大器14的輸出端，所述模數轉換模塊15的輸出端連接所述控制模塊12。
[0044]傳感器11，如壓力傳感器112檢測到球形柱2的四個部位承受的壓力后，將該壓力對應的壓力信號發(fā)送給信號放大器14，經放大處理后發(fā)送給模數轉換模塊15轉化為數字信號，控制模塊12接收該數字信號并進行分析和處理，得到該數字信號對應的機器人的傾斜角度，若該傾斜角度超過了機器人處于平衡狀態(tài)時的傾斜角度閾值，判斷機器人處于失衡狀態(tài)，并根據該傾斜角度計算出為保持機器人平衡其腳掌應該向不同方向伸長或縮短的長度，控制驅動電機13帶動相應的滑動塊I向外伸出或收縮該長度，保持機器人在運動，站立狀態(tài)下的平衡。
[0045]以上所述實施例的各技術特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特征的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的范圍。
[0046]以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
【主權項】
1.一種機器人平衡系統(tǒng)，其特征在于，包括滑動塊、檢測機器人失衡狀態(tài)的傳感器、根據所述失衡狀態(tài)給出驅動信號的控制模塊和根據所述驅動信號控制所述滑動塊平行于所述機器人的腳掌伸縮運動的驅動電機。2.根據權利要求1所述的機器人平衡系統(tǒng)，其特征在于，所述滑動塊有四個，分別設置在所述機器人的前腳掌、腳后跟、腳掌中部內側和腳掌中部外側。3.根據權利要求2所述的機器人平衡系統(tǒng)，其特征在于，所述驅動電機有四個，分別用于控制設置在所述機器人的前腳掌、腳后跟、腳掌中部內側和腳掌中部外側的滑動塊平行于所述機器人的腳掌伸縮運動。4.根據權利要求1所述的機器人平衡系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器包括重力傳感器，所述重力傳感器設置在所述機器人的主控制板上。5.根據權利要求1所述的機器人平衡系統(tǒng)，還包括設置在所述機器人的腳背上支撐機器人直立的球形柱。6.根據權利要求5所述的機器人平衡系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器包括壓力傳感器，設置在所述球形柱的側面。7.根據權利要求6所述的機器人平衡系統(tǒng)，其特征在于，所述壓力傳感器有四個，分別設置在所述球形柱側面以其軸線為中心的前后左右四個對稱的位置。8.根據權利要求1所述的機器人平衡系統(tǒng)，還包括螺桿、軸承套和固定件，所述螺桿通過軸承套和所述驅動電機連接，所述螺桿通過所述固定件和所述滑動塊固定連接。9.根據權利要求1所述的機器人平衡系統(tǒng)，還包括輪子，所述輪子設置在所述滑動塊的下方，所述輪子的支撐點與所述腳掌的腳底面在同一水平面上。10.根據權利要求8所述的機器人平衡系統(tǒng)，還包括螺絲套和固定設置在所述腳掌上的平行導柱，所述螺絲套固定在所述平行導柱靠近所述滑動塊的一側，所述螺桿和所述螺絲套螺旋連接，所述螺桿設置在所述平行導柱內。
【文檔編號】B25J19/00GK106042003SQ201610643563
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年8月5日 公開號201610643563.1, CN 106042003 A, CN 106042003A, CN 201610643563, CN-A-106042003, CN106042003 A, CN106042003A, CN201610643563, CN201610643563.1
【發(fā)明人】利友榮
【申請人】深圳市維興順科技有限公司