CN116767382B - 一种双足机器人及机器人 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种双足机器人及机器人，属于机器人技术领域。包括腿结构；及设置于所述腿结构左右两侧的若干个驱动结构；所述腿结构左侧的所述驱动结构的质量总和，不小于所述腿结构右侧的所述驱动结构的质量总和的60%，且不大于所述腿结构右侧的所述驱动结构的质量总和的140%。本申请通过让安装在腿结构两侧的驱动结构的质量趋于相等，在机器人行进时，腿结构两侧的驱动结构产生的惯性相同，腿结构在机器人行进过程中不易产生侧向偏斜，机器人行进更加稳定；在站立时，两侧的驱动结构质趋于相等使得驱动结构所受重力矩不会产生侧向的分力，机器人站立更加稳定。
Description
技术领域
本申请属于机器人技术领域，具体的说，涉及一种双足机器人。
背景技术
双足机器人属于类人机器人，典型特点是机器人的下肢以刚性构件通过转动副连接，模仿人类的腿及髋关节、膝关节和踝关节，并以驱动机构代替肌肉，实现对身体的支撑及连续的协调运动。在未来，我们期望双足机器人能够在人类的生活和工作环境中与人类协同工作，替代人工在极限环境下进行工作，因此，需要机器人能够在较为复杂的环境中能够稳定的行走。
现有双足机器人的驱动机构按照结构需要进行的合理布置，因此机器人的驱动机构布置较为散乱，导致机器人腿部两侧质量分布不均衡，影响机器人行走的稳定性。
例如专利号为CN2022116778775的专利具体公开了一种腿部结构及双足机器人，其中，腿部结构包括：大腿肢干；小腿部，小腿部转动安装于大腿肢干，小腿部朝向大腿肢干的端部设有第一连接端；大腿驱动机构及小腿驱动机构固定安装在同一侧，足驱动机构安装在小腿内，机器人腿部一侧的质量明显大于另一侧的质量，不利于机器人行走的稳定性。同时，对于足关节的驱动机构，由于该申请的足部具有向侧方旋转的自由度，为了保证其连杆能够正常的带动足部向侧方旋转，因此只能固装在小腿中；对于小腿驱动机构，由于其靠近大腿的下端设置，将其挪移至内侧后，两条大腿上的小腿驱动机构距离较近，容易产生干涉，不利于摆腿动作的实现，而且，由于大腿顶端结构布置较为紧凑，在该申请中小腿驱动机构并不能直接挪移至大腿的端部，对于本领域技术人员而言，该申请采用常规技术手段并不能有效解决腿部两侧质量分布不均的技术问题。
发明内容
为了解决上述问题，本申请提出了一种双足机器人，能够有效解决机器人腿部两侧的质量分布不均，影响机器人行走及站立时的稳定性的技术问题。
在本申请的一个方案中，提供了一种双足机器人，包括腿结构；及
设置于所述腿结构左右两侧的若干个驱动结构；
所述腿结构左侧的所述驱动结构的质量总和，不小于所述腿结构右侧的所述驱动结构的质量总和的60%，且不大于所述腿结构右侧的所述驱动结构的质量总和的140%。
进一步，所述腿结构包括大腿；
小腿，所述小腿的一端与所述大腿的一端铰接；
足，所述足的一端与所述小腿的另一端铰接；
所述驱动结构包括：
大腿驱动关节模组，所述大腿驱动关节模组设置于所述大腿背离所述小腿的一端的一侧；
小腿驱动关节模组，所述小腿驱动关节模组设置于所述大腿背离所述小腿的一端且对于所述大腿驱动关节模组的另一侧；及
足驱动关节模组，所述足驱动关节模组设置于所述小腿之上，所述足驱动关节模组设置于所述小腿临近所述大腿的一端且与所述大腿驱动关节模组同侧；
其中，所述大腿驱动关节模组与所述足驱动关节模组的质量之和不小于所述小腿驱动关节模组的质量的60%，且不大于所述小腿驱动关节模组的质量的140%。
进一步，所述大腿驱动关节模组与所述足驱动关节模组的质量之和不小于所述小腿驱动关节模组的质量的85%，且不大于所述小腿驱动关节模组的质量的115%。
进一步，还包括固定架；及
两条所述腿结构，分别设置于所述固定架两端，作为机器人的左腿及右腿。
进一步，所述左腿与所述右腿的所述驱动结构镜像对称布置。
进一步，所述大腿驱动关节模组与所述小腿驱动关节模组在竖直方向上高度一致。
进一步，所述驱动结构还包括传动组件，所述传动组件内嵌设置在所述腿结构内，用于将所述小腿驱动关节模组的输出的动力传输至所述小腿或将所述足驱动关节模组的动力传输至所述足。
进一步，所述小腿的所述传动组件与所述足的所述传动组件位于同一竖直平面内。
进一步，所述大腿内构造有第一腔体，所述小腿的所述传动组件嵌设于所述第一腔体内。
进一步，所述小腿上构造有第二腔体，所述足的所述传动组件嵌设于所述第二腔体内。
进一步，所述传动组件包括曲柄，所述大腿驱动关节模组和所述小腿驱动关节模组的输出法兰上分别设置有一个曲柄；
小腿摇杆，所述小腿摇杆的一端与所述小腿驱动关节模组上的所述曲柄铰接，且铰接点偏心设置，另一端与所述小腿铰接，其中，所述小腿驱动关节模组带动所述曲柄转动，从而带动所述小腿摇杆动作，进而带动所述小腿前后摆动；
足摇杆，所述足摇杆的一端与所述足驱动关节模组上的所述曲柄铰接，且铰接点偏心设置，另一端与所述足铰接，其中，所述足驱动关节模组带动所述曲柄转动，从而带动所述足摇杆动作，进而带动所述足改变其与所述小腿之间的夹角。
进一步，所述小腿摇杆与所述小腿的铰接点位于所述小腿与所述大腿的铰接点在竖直方向上的上方。
进一步，所述小腿摇杆与所述小腿的顶端铰接。
进一步，所述小腿摇杆与所述小腿的铰接点位于所述小腿与所述大腿的铰接点在竖直方向上的下方。
进一步，所述足摇杆与所述足的铰接点位于所述足的中部。
在一个方案中，还提供了一种机器人，包括上述的双足机器人。
本申请的有益效果：
本申请通过让安装在腿结构两侧的驱动结构的质量趋于相等，在机器人行进时，腿结构两侧的驱动结构产生的惯性相同，腿结构在机器人行进过程中不易产生侧向偏斜，机器人行进更加稳定；在站立时，两侧的驱动结构质趋于相等驱动结构所受重力矩不会产生侧向的分力，机器人站立更加稳定。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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。
图1是本申请一实施例双足机器人结构示意图；
图2是本申请一实施例双足机器人结构示意图；
图3是本申请一实施例双足机器人结构示意图；
图4是本申请一实施例双足机器人结构示意图；
图5是本申请一实施例双足机器人结构示意图；
图6是本申请一实施例双足机器人结构示意图；
图7是本申请一实施例双足机器人结构示意图；
图8是本申请一实施例双足机器人的***示意图；
图9是本申请一实施例小腿的传动组件连接示意图；
图10是本申请一实施例足的传动组件连接示意图；
图11是本申请一实施例大腿的结构示意图；
图12是本申请一实施例小腿的结构示意图；
图13是本申请一实施例双足机器人结构示意图；
图1-13中，1、腿结构；101、大腿；1011、第一腔体；102、小腿；1021、第二腔体；103、足；2驱动结构；201、大腿驱动关节模组；202、小腿驱动关节模组；203、足驱动关节模组；204、传动组件；2041、曲柄；2042、摇杆；3、固定架；4、左腿；5、右腿。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面将结合附图，对本申请的优选实施例进行详细的说明，以方便技术人员理解。
请参阅图1-图5，在本申请的一个实施例中，提供了一种双足机器人，包括腿结构1；及设置于腿结构1左右两侧的若干个驱动结构2；腿结构1左侧的驱动结构2的质量总和，不小于腿结构1右侧的驱动结构2的质量总和的60%，且不大于腿结构1右侧的驱动结构2的质量总和的140%，其中驱动结构2用于驱使腿结构1进行伸展、弯曲等动作。
在本实施例中，以正对机器人时，观察者的左侧限定为腿结构1的左侧，观察者的右侧限定为腿结构1的右侧。本申请通过选用不同质量的驱动结构2，对负载在腿结构1两侧的质量进行调节，通过让腿结构1两侧挂载的驱动结构2质量相近，使机器人在行进过程中腿结构1两侧的驱动结构2具有的惯性相近，进而不会使腿结构1上产生侧向的偏斜或扭转，机器人行进时更加平稳；同时，在抬腿或站立状态下，腿结构1及驱动结构2的整体重心基本位于腿结构1上，腿结构1及驱动结构2受到的重力矩产生的侧向分力较小，机器人更易于稳定的站立。
请参阅图6，在一些实施例中，腿结构1包括大腿101；小腿102，小腿102的一端与大腿101的一端铰接；足103，足103的一端与小腿102的另一端铰接，通过铰接，使大腿101和小腿102或小腿102和足103能够以各自对应的铰接轴为旋转中心相对转动。
驱动结构2包括大腿驱动关节模组201，大腿驱动关节模组201设置于大腿101背离小腿102的一端的一侧；小腿驱动关节模组202，小腿驱动关节模组202设置于大腿101背离小腿102的一端且对于大腿驱动关节模组201的另一侧；及足驱动关节模组203，足驱动关节模组203设置于小腿102之上，足驱动关节模组203设置于小腿102临近大腿101的一端且与大腿驱动关节模组201同侧。
其中，大腿驱动关节模组201与足驱动关节模组203的质量之和不小于小腿驱动关节模组202的质量的60%，且不大于小腿驱动关节模组202的质量的140%，以提高机器人行进及站立时的稳定性。
在一些实施例中，大腿驱动关节模组201与足驱动关节模组203的质量之和，可以为小腿驱动关节模组202的质量的60%至140%之间的最小值、若干区间值、中间值、若干区间值、最大值，以提高机器人行进及站立时的稳定性。
在一些实施例中，大腿驱动关节模组201与足驱动关节模组203的质量之和不小于小腿驱动关节模组202的质量的75%，且不大于小腿驱动关节模组202的质量的125%，以提高机器人行进及站立时的稳定性。
在一些实施例中，大腿驱动关节模组201与足驱动关节模组203的质量之和不小于小腿驱动关节模组202的质量的85%，且不大于小腿驱动关节模组202的质量的115%，以提高机器人行进及站立时的稳定性。
在一些实施例中，小腿驱动关节模组202与足驱动关节模组203的质量之和与大腿驱动关节模组201的质量大致相等，使腿结构1左右两侧的质量达到平衡状态，机器人在行走过程中左右两侧的关节模组产生的惯性力矩相等，从而避免机器人在行走过程中腿部晃动的问题，提高了机器人行走的稳定性。
请参阅图7，在一些实施例中，双足机器人还包括固定架3；及两条腿结构1，两条腿结构1分别设置于固定架3两端，作为机器人的左腿4及右腿5。
在一些实施例中，左腿4与右腿5的驱动结构2镜像对称布置，使机器人的左腿4和右腿5质量分布相对均衡，机器人在抬起左腿4或者抬起右腿5时整体重心变化一致，减少控制参数的变量，提高机器人控制的灵敏度，有利于机器人的快速反应，同时，在站立或行进过程中，机器人不易向一侧倾斜，有利于机器人的稳定。
作为示例性的，大腿驱动关节模组201与足驱动关节模组203的质量之和略小于小腿驱动关节模组202的质量，即腿结构1外侧的驱动结构2的质量总和略大于内侧的驱动结构2的质量总和，通过将较多质量的驱动结构2分布在腿结构1的外侧，有利于机器人摆腿动作的实现，减少左腿4和右腿5发生干涉的可能。
在一些实施例中，大腿驱动关节模组201与的小腿驱动关节模组202在竖直方向上高度一致，均靠近腿结构1的顶部设置，从而使左腿4和右腿5的较多的质量靠近其上端分布，有利于减小大腿驱动关节模组201的负载，同时，让左腿4和右腿5的质心相对上移，减少左腿4和右腿5动作时所需的转动惯量，有利于左腿4和右腿5动作时机器人的稳定性。
请参阅图8-图13，在一些实施例中驱动结构2还包括传动组件204，传动组件204内嵌设置于腿结构1内，用于将小腿驱动关节模组202的输出的动力传输至小腿102或将足驱动关节模组203的动力传输至足103，减少腿部结构外侧的质量分布，进而降低机器人在行进或站立时向侧方倾斜的可能，提高机器人的稳定性。
在一些实施例中，小腿102的传动组件204与足103的传动组件204位于同一竖直平面内，使小腿102的传动组件204和足103的传动组件204受到重力矩不会产生侧向的分力，有利于提高机器人整体的稳定性，同时，在传动过程中，传动组件204不会产生侧向的分力，进一步提高了左腿4和右腿5动作时的稳定性。
在一些实施例中，大腿101内构造有第一腔体1011，第一腔体1011从大腿101的上端向下延伸贯穿大腿101，小腿102的传动组件204嵌设于第一腔体1011内，从而达到将小腿102的传动组件204安装在大腿101内的目的。
在一些实施例中，小腿102上构造有第二腔体1021，第二腔体1021从小腿102的上端向下延伸贯穿小腿102的下端，并贯穿小腿102的前侧面，将足103的传动组件204嵌设于第二腔体1021内后，足103的传动组件204部分从小腿102的前侧面向外伸出。
在一些实施例中，传动组件204包括曲柄2041，大腿驱动关节模组201和小腿驱动关节模组202的输出法兰上分别设置有一个曲柄2041。
小腿摇杆2042，小腿摇杆2042的一端与小腿驱动关节模组202上的曲柄2041铰接，且铰接点偏心设置，另一端与小腿102铰接，其中，小腿驱动关节模组202带动曲柄2041转动，从而带动小腿摇杆2042动作，进而带动小腿102前后摆动。
足摇杆2042，足摇杆2042的一端与足驱动关节模组203上的曲柄2041铰接，且铰接点偏心设置，另一端与足103铰接，其中，足驱动关节模组203带动曲柄2041转动，从而带动足摇杆2042动作，进而带动足103改变其与小腿102之间的夹角。
在一些实施例中，小腿摇杆2042与小腿102的铰接点位于小腿102与大腿101的铰接点在竖直方向上的上方，从而以小腿102与大腿101的铰接点为界，将小腿102分成上下两段力臂，小腿摇杆2042通过上力臂驱使整条小腿102相对转动。
在一些实施例中，小腿摇杆2042与小腿102的顶端铰接，尽可能延长小腿102上力臂的长度，以降低小腿驱动关节模组202所需的额定功率，有利于小腿驱动关节模组202的选择。
在一些实施例中，小腿摇杆2042与小腿102的铰接点位于小腿102与大腿101的铰接点在竖直方向上的下方，即将小腿102的顶端与大腿101铰接，小腿摇杆2042与小腿102的中部或者上半段某一位置铰接，小腿摇杆2042动作时，也能够带动小腿102动作。
在一些实施例中，足摇杆2042与足103的铰接点位于足103的中部，落脚时，有利于减小足摇杆2042所受到的冲击。提高足摇杆2042的使用寿命。
请参阅图13，在一些实施例中，提供了一种机器人，包括上述的双足机器人。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本申请进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其做出各种各样的改变，而不偏离本申请权利要求书所限定的范围；附图尺寸与具体实物无关，实物尺寸可任意变换。
Claims (14)
1.一种双足机器人，其特征在于，包括：
腿结构；及
设置于所述腿结构左右两侧的若干个驱动结构；
所述腿结构包括：
大腿；
小腿，所述小腿的一端与所述大腿的一端铰接；
足，所述足的一端与所述小腿的另一端铰接；
所述驱动结构包括：
大腿驱动关节模组，所述大腿驱动关节模组设置于所述大腿背离所述小腿的一端的一侧；
小腿驱动关节模组，所述小腿驱动关节模组设置于所述大腿背离所述小腿的一端且对于所述大腿驱动关节模组的另一侧；及
足驱动关节模组，所述足驱动关节模组设置于所述小腿之上，所述足驱动关节模组设置于所述小腿临近所述大腿的一端且与所述大腿驱动关节模组同侧；
其中，所述大腿驱动关节模组与所述足驱动关节模组的质量之和不小于所述小腿驱动关节模组的质量的60%，且不大于所述小腿驱动关节模组的质量的140%。
2.根据权利要求1所述的双足机器人，其特征在于，
所述大腿驱动关节模组与所述足驱动关节模组的质量之和不小于所述小腿驱动关节模组的质量的85%，且不大于所述小腿驱动关节模组的质量的115%。
3.根据权利要求2所述的双足机器人，其特征在于，还包括：
固定架；及
两条所述腿结构，分别设置于所述固定架两端，作为机器人的左腿及右腿。
4.根据权利要求3所述的双足机器人，其特征在于，
所述左腿与所述右腿的所述驱动结构镜像对称布置。
5.根据权利要求4所述的双足机器人，其特征在于，
所述大腿驱动关节模组与所述的小腿驱动关节模组在竖直方向上高度一致。
6.根据权利要求5所述的双足机器人，其特征在于，所述驱动结构还包括：
传动组件，所述传动组件内嵌设置在所述腿结构内。
7.根据权利要求6所述的双足机器人，其特征在于，
所述小腿的所述传动组件与所述足的所述传动组件位于同一竖直平面内。
8.根据权利要求7所述的双足机器人，其特征在于，
所述大腿内构造有第一腔体，所述小腿的所述传动组件嵌设于所述第一腔体内。
9.根据权利要求8所述的双足机器人，其特征在于，
所述小腿上构造有第二腔体，所述足的所述传动组件嵌设于所述第二腔体内。
10.根据权利要求9所述的双足机器人，其特征在于，所述传动组件包括：
曲柄，所述大腿驱动关节模组和所述小腿驱动关节模组的输出法兰上分别设置有一个曲柄；
小腿摇杆，所述小腿摇杆的一端与所述小腿驱动关节模组上的所述曲柄铰接，且铰接点偏心设置，另一端与所述小腿铰接，其中，所述小腿驱动关节模组带动所述曲柄转动，从而带动所述小腿摇杆动作，进而带动所述小腿前后摆动；
足摇杆，所述足摇杆的一端与所述足驱动关节模组上的所述曲柄铰接，且铰接点偏心设置，另一端与所述足铰接，其中，所述足驱动关节模组带动所述曲柄转动，从而带动所述足摇杆动作，进而带动所述足改变其与所述小腿之间的夹角。
11.根据权利要求10所述的双足机器人，其特征在于，
所述小腿摇杆与所述小腿的铰接点位于所述小腿与所述大腿的铰接点在竖直方向上的上方。
12.根据权利要求11所述的双足机器人，其特征在于，
所述小腿摇杆与所述小腿的顶端铰接。
13.根据权利要求10所述的双足机器人，其特征在于，
所述小腿摇杆与所述小腿的铰接点位于所述小腿与所述大腿的铰接点在竖直方向上的下方。
14.根据权利要求10所述的双足机器人，其特征在于，
所述足摇杆与所述足的铰接点位于所述足的中部。
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