足式行走機(jī)器人及其能量轉(zhuǎn)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器人領(lǐng)域，具體涉及一種足式行走機(jī)器人及其能量轉(zhuǎn)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的進(jìn)步，機(jī)器人越來越廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療保健、國(guó)防太空、月艮務(wù)業(yè)等領(lǐng)域，足式行走機(jī)器人具有行動(dòng)靈活、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、魯棒性高等優(yōu)點(diǎn)，能在人類不能涉足的極端環(huán)境下工作，而被應(yīng)用于野外作業(yè)、減災(zāi)救援、軍事偵察、太空探索、極地科考等領(lǐng)域，成為人類不可缺少的重要工具。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，足式行走機(jī)器人的腿部通常由大腿臂和小腿臂構(gòu)成，機(jī)器人的膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)均承受較大的負(fù)載。因此，足式行走機(jī)器人在瞬間啟動(dòng)過程中電機(jī)需要克服很大力矩，這一過程會(huì)消耗大量能量。而機(jī)器人在瞬間停止過程中又要減小速度，不僅浪費(fèi)大量的動(dòng)能，而且由于足式行走機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)通常為剛性部件，在瞬間停止過程中，對(duì)行走機(jī)構(gòu)的沖擊較大，容易造成機(jī)械損耗，減少機(jī)器人的壽命。
[0004]如何有效地利用機(jī)器人行走的過程中所產(chǎn)生的動(dòng)能，以及如何減小瞬間停止過程中對(duì)行走機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的沖擊成為亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N足式行走機(jī)器人及其能量轉(zhuǎn)化方法，以實(shí)現(xiàn)足式行走機(jī)器人的能量轉(zhuǎn)化。
[0006]根據(jù)第一方面，一種實(shí)施例中提供一種足式行走機(jī)器人，包括:
[0007]機(jī)器人本體；行走機(jī)構(gòu)，用于支撐機(jī)器人本體和移動(dòng)機(jī)器人本體；能量轉(zhuǎn)化裝置，其設(shè)置在行走機(jī)構(gòu)中，與行走機(jī)構(gòu)可接觸連接；能量轉(zhuǎn)化裝置在行走機(jī)構(gòu)停止移動(dòng)后至少部分接觸鎖止行走機(jī)構(gòu)，以將機(jī)器人本體和/或行走機(jī)構(gòu)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能；和/或，在行走機(jī)構(gòu)開始移動(dòng)后解鎖行走機(jī)構(gòu)將存儲(chǔ)于能量轉(zhuǎn)化裝置中的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。
[0008]根據(jù)第二方面，一種實(shí)施例中提供一種足式行走機(jī)器人的能量轉(zhuǎn)化方法，包括:
[0009]在行走機(jī)構(gòu)停止移動(dòng)后，延伸臂伸長(zhǎng)抬高機(jī)器人本體的重心，能量轉(zhuǎn)化裝置鎖止延伸臂和機(jī)械臂支架，將機(jī)器人本體和/或行走機(jī)構(gòu)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能；在行走機(jī)構(gòu)開始移動(dòng)后，延伸臂縮短降低機(jī)器人本體的重心，將機(jī)器人本體和/或行走機(jī)構(gòu)的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。
[0010]依據(jù)上述實(shí)施例的足式行走機(jī)器人和能量轉(zhuǎn)化方法，由于在行走機(jī)構(gòu)停止移動(dòng)后，能量轉(zhuǎn)化裝置至少部分接觸鎖止行走機(jī)構(gòu)，將機(jī)器人本體和/或行走機(jī)構(gòu)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，從而有效地利用了足式行走機(jī)器人在行走過程中所產(chǎn)生的動(dòng)能；并且，由于將動(dòng)能吸收轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，從而能夠減小動(dòng)能對(duì)機(jī)器人部件的沖擊。在行走機(jī)構(gòu)開始移動(dòng)后，由于能量轉(zhuǎn)化裝置解鎖行走機(jī)構(gòu)，將存儲(chǔ)的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，從而為足式行走機(jī)器人在啟動(dòng)過程中提供了部分能量，繼而減小了足式行走機(jī)器人啟動(dòng)過程中的能耗，從而延長(zhǎng)了足式行走機(jī)器人動(dòng)力源的使用壽命，繼而延長(zhǎng)了足式行走機(jī)器人的使用壽命。
[0011]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，采用可相對(duì)軸向移動(dòng)的延伸臂和機(jī)械臂支架作為行走機(jī)構(gòu)，由于延伸臂伸長(zhǎng)抬高機(jī)器人本體的重心，能量轉(zhuǎn)化裝置鎖止延伸臂和機(jī)械臂支架，能夠?qū)C(jī)器人本體和/或行走機(jī)構(gòu)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能，以及延伸臂縮短降低機(jī)器人本體的重心，能夠?qū)C(jī)器人本體和/或行走機(jī)構(gòu)的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。使得該機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，易于實(shí)現(xiàn)。
[0012]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，在機(jī)械臂支架和機(jī)器人本體之間連接有彈性件，在行走機(jī)構(gòu)停止移動(dòng)后，一方面，能夠進(jìn)一步將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為彈性件的彈性勢(shì)能，更好地存儲(chǔ)足式行走機(jī)器人所產(chǎn)生的動(dòng)能；另一方面，由于彈性件的引入，提高了機(jī)械臂支架和機(jī)器人本體之間的柔順度，使得行走機(jī)構(gòu)停止移動(dòng)后，減小了對(duì)機(jī)器人部件的沖擊。
【附圖說明】
[0013]圖1a和圖1b為本發(fā)明實(shí)施例公開的一種足式行走機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖，
[0014]其中:圖1a為一種足式行走機(jī)器人行走過程中某一時(shí)刻的姿態(tài)示意圖；
[0015]圖1b為一種足式行走機(jī)器人停止移動(dòng)后站立時(shí)的姿態(tài)示意圖；
[0016]圖2為本實(shí)施例公開的一種行走機(jī)構(gòu)的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3為本實(shí)施例公開的一種鎖止機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖4為本實(shí)施例公開的鎖止塊的一種結(jié)構(gòu)示意；
[0019]圖5為本實(shí)施例公開的一種行走機(jī)構(gòu)的另一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖6a、圖6b、圖6c、圖6d和圖6e為本實(shí)施例公開的一種六足機(jī)器人步行移動(dòng)至停止站立時(shí)的不同相位示意圖；
[0021]圖7a、圖7b、圖7c、圖7d和圖7e為本實(shí)施例公開的一種六足機(jī)器人由停止站立啟動(dòng)步行移動(dòng)的不同相位示意圖。
[0022]
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面通過【具體實(shí)施方式】結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0024]足式行走機(jī)器人在行走過程中會(huì)呈現(xiàn)不同的姿態(tài)，請(qǐng)參考圖1a和圖lb，為本發(fā)明實(shí)施例公開的一種足式行走機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖1a為該足式行走機(jī)器人行走過程中某一時(shí)刻的姿態(tài)，圖1b為該足式行走機(jī)器人停止移動(dòng)后站立時(shí)的姿態(tài)。通常，機(jī)器人在停止移動(dòng)時(shí)的重心高于移動(dòng)過程的重心，本發(fā)明的構(gòu)思為:將機(jī)器人在行走移動(dòng)過程中所產(chǎn)生的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)器人停止站立時(shí)的勢(shì)能；并在開始移動(dòng)時(shí)將存儲(chǔ)的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，以向機(jī)器人補(bǔ)充其啟動(dòng)時(shí)所需的力矩。
[0025]在本發(fā)明實(shí)施例中，請(qǐng)參考圖1a和圖lb，本實(shí)施例公開的足式行走機(jī)器人包括:機(jī)器人本體1、行走機(jī)構(gòu)2和能量轉(zhuǎn)化裝置(圖中未示出標(biāo)記)，其中，
[0026]行走機(jī)構(gòu)2用于支撐機(jī)器人本體I和移動(dòng)機(jī)器人本體I，通常，行走機(jī)構(gòu)2包括髖關(guān)節(jié)、大腿、膝關(guān)節(jié)和小腿，其中，髖關(guān)節(jié)用于連接大腿和機(jī)器人本體1，膝關(guān)節(jié)用于連接大腿和小腿。
[0027]能量轉(zhuǎn)化裝置，其設(shè)置在行走機(jī)構(gòu)2中，與行走機(jī)構(gòu)2可接觸連接；能量轉(zhuǎn)化裝置在行走機(jī)構(gòu)2停止移動(dòng)后至少部分鎖止行走機(jī)構(gòu)2，以將機(jī)器人本體I和/或行走機(jī)構(gòu)2的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能；和/或，在行走機(jī)構(gòu)2開始移動(dòng)后遠(yuǎn)離行走機(jī)構(gòu)2將存儲(chǔ)于能量轉(zhuǎn)化裝置中的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。在本實(shí)施例中，由于足式行走機(jī)器人在行走移動(dòng)過程中，其重心具有高、低不同的變化，當(dāng)足式行走機(jī)器人停止移動(dòng)后，其重心高于行走過程中的重心，因此，當(dāng)足式行走機(jī)器人停止移動(dòng)后，能量轉(zhuǎn)化裝置鎖止行走機(jī)構(gòu)2，能夠?qū)C(jī)器人本體I和/或行走機(jī)構(gòu)2的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能并存儲(chǔ)；而當(dāng)行走機(jī)構(gòu)2開始移動(dòng)時(shí)，能量轉(zhuǎn)化裝置遠(yuǎn)離行走機(jī)構(gòu)2，對(duì)其進(jìn)行解鎖，可以使得機(jī)器人的重心下降，進(jìn)而將存儲(chǔ)的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為機(jī)器人行走所需的動(dòng)能。
[0028]需要說明的是，在本實(shí)施例中，能量轉(zhuǎn)化裝置在行走機(jī)構(gòu)2停止移動(dòng)后至少部分鎖止行走機(jī)構(gòu)2時(shí)，應(yīng)當(dāng)在機(jī)器人本體I重心下降之前對(duì)行走機(jī)構(gòu)2進(jìn)行鎖止。
[0029]在具體實(shí)施例中，請(qǐng)參考圖2，為本實(shí)施例公開的行走機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖，該行走機(jī)構(gòu)包括:大腿21和小腿22，其中，大腿21通過髖關(guān)節(jié)2A連接至機(jī)器人本體1，大腿21和小腿22之間通過膝關(guān)節(jié)2B連接。
[0030]其中，小腿22包括:機(jī)械臂支架221和延伸臂22，機(jī)械臂支架221與行走機(jī)構(gòu)的膝關(guān)節(jié)2B活動(dòng)連接；延伸臂22連接于機(jī)械臂支架221，可相對(duì)機(jī)械臂支架221軸向(如圖2虛線方向所示)移動(dòng)，延伸臂222用于接觸地面為機(jī)器人本體提供移動(dòng)的動(dòng)力。在具體實(shí)施例中，請(qǐng)參考圖3，為本實(shí)施例小腿刨面結(jié)構(gòu)示意圖，機(jī)械臂支架221為中空結(jié)構(gòu)，延伸臂222穿過機(jī)械臂支架221的通孔與機(jī)械臂支架221可相對(duì)移動(dòng)連接。由此，當(dāng)能量轉(zhuǎn)化裝置鎖止時(shí)，延伸臂22和機(jī)械臂支架221固定；當(dāng)能量轉(zhuǎn)化裝置解鎖斷開時(shí)，延伸臂22可在機(jī)械臂支架221的通