專利名稱：一種機器人平衡裝置及使用該裝置的輪腿機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及ー種腿式運動的機器人，具體涉及輪腿機器人腿式運動的平衡裝置，屬機器人技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
機器人根據(jù)在地面上的運動方式可以分為腿式機器人和輪式機器人，腿式機器人依靠腿式運動實現(xiàn)在平坦地面以及崎嶇地面上行走，優(yōu)點是可跨越溝壑，上下臺階，缺點是 較難實現(xiàn)其穩(wěn)定步態(tài)規(guī)劃和穩(wěn)定平衡控制，運動速度與能量的利用效率較低。輪式機器人優(yōu)點是，自動操作簡單，動作穩(wěn)定，特別適合在平坦的地面上運動，有更大的運動速度和能量利用效率，是目前廣泛使用的一類機器人，但是與腿式機器人相比，其對地形的適應性較差，很少可以跨越高度和爬樓梯。隨著社會的不斷發(fā)展，為解決復雜的路面行走問題，設計了方便、快速的輪腿變換的機器人，集成了輪式機器人和腿式機器人各自的優(yōu)點，同吋，也彌補了輪式機器人和腿式機器人各自的缺點，具有各取所長，相互彌補的特點，如申請?zhí)枮?01110089738. 6的中國專利公開了ー種輪腿機器人，機架上設置有四條結(jié)構(gòu)相同的具有輪、足兩用功能的腿，通過改變輪子的水平狀態(tài)或豎直狀態(tài)，可以實現(xiàn)輪腿機器人的腿式運動和輪式運動。但是輪腿機器人只有在轉(zhuǎn)變成輪式運動時才能實現(xiàn)穩(wěn)定步態(tài)規(guī)劃和穩(wěn)定平衡控制，還是沒有根本上解決在腿式運動時的穩(wěn)定步態(tài)和穩(wěn)定平衡問題，因此和腿式機器人一祥，輪腿機器人在腿部運動過程中，當一條腿抬起時，若抬起過高，由于重心沒有發(fā)生變化，受重心影響容易發(fā)生傾斜。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種在機器人腿部運動時能夠調(diào)節(jié)機器人重心的平衡裝置，同時提供了使用該平衡裝置的輪腿機器人。本實用新型的機器人平衡裝置采用如下技術(shù)方案一種機器人平衡裝置，包括四根一端相交且在相交處連通、另一端分別向四周張開的缸筒，各缸筒內(nèi)分別軸向滑動裝配有間隔設置的外活塞和內(nèi)活塞，各外活塞與各自對應缸筒的外端壁以及兩者之間的筒壁配合分別形成用于容納小密度液壓油的外腔，各內(nèi)活塞與各自對應的外活塞以及兩者之間的筒壁配合分別形成用于容納小密度液壓油的中腔，各內(nèi)活塞與四者之間的筒壁配合形成用于容納鋼珠和大密度液壓油的內(nèi)腔，各缸筒上分別開設有與各自對應的外腔連通的外端ロ以及當各自對應的外活塞位于外側(cè)時與各自對應的中腔連通、后移至內(nèi)側(cè)時與各自對應的外腔連通的內(nèi)端ロ，各缸筒上的外端口和內(nèi)端ロ均相互連通，且各外活塞上分別連有用于與機器人各腿部傳動連接的在腿部抬起時驅(qū)動各自對應的外活塞內(nèi)移的連桿機構(gòu)。所述缸筒分別向四周水平張開，相鄰的兩根缸筒相互垂直。所述缸筒長度均相等，各外端ロ與各自對應缸筒的外端距離相等，各內(nèi)端ロ與各自對應缸筒外端距離相等。[0008]本實用新型的輪腿機器人采用如下技術(shù)方案一種輪腿機器人，包括機架以及安裝在機架上的四個輪腿，所述機架上設有平衡裝置，所述平衡裝置包括四根一端相交且在相交處連通、另一端分別向四周張開的缸筒，各缸筒內(nèi)分別軸向滑動裝配有間隔設置的外活塞和內(nèi)活塞，各外活塞與各自對應缸筒的外端壁以及兩者之間的筒壁配合分別形成用于容納小密度液壓油的外腔，各內(nèi)活塞與各自對應的外活塞以及兩者之間的筒壁配合分別形成用于容納小密度液壓油的中腔，各內(nèi)活塞與四者之間的筒壁配合形成用于容納鋼珠和大密度液壓油的內(nèi)腔，各缸筒上分別開設有與各自對應的外腔連通的外端ロ以及當各自對應的外活塞位于外側(cè) 時與各自對應的中腔連通、后移至內(nèi)側(cè)時與各自對應的外腔連通的內(nèi)端ロ，各缸筒上的外端口和內(nèi)端ロ均相互連通，且各外活塞上分別連有與機器人各輪腿傳動連接的在輪腿抬起時驅(qū)動各自對應的外活塞內(nèi)移的連桿機構(gòu)。所述缸筒分別向四周水平張開，相鄰的兩根缸筒相互垂直。所述缸筒長度均相等，各外端ロ與各自對應缸筒的外端距離相等，各內(nèi)端ロ與各自對應缸筒外端距離相等。采用上述結(jié)構(gòu)的機器人平衡裝置及使用該平衡裝置的機器人，由于平衡裝置的四根缸筒的一端相交且在相交處相互連通、另一端分別向四周張開，使各缸筒形成ー個整體，方便平衡裝置在機器人上安裝；各缸筒內(nèi)分別軸向滑動裝配有外活塞和內(nèi)活塞，各外活塞與各自對應缸筒外端壁以及兩者之間的筒壁配合形成填裝小密度液壓油的外腔，外活塞與內(nèi)活塞以及兩者之間的筒壁配合分別形成填裝小密度液壓油的中腔，各內(nèi)活塞與四者之間的筒壁配合形成填裝剛裝和大密度液壓油的內(nèi)腔，內(nèi)腔內(nèi)的鋼珠和大密度液壓油可以影響重心的位置，另外，缸筒上開設有與各外腔連通的外端ロ以及當外活塞位于外側(cè)時與中腔連通、內(nèi)移至內(nèi)側(cè)時與外腔連通的內(nèi)端ロ，而且內(nèi)、外端ロ均相互連通，當其中一個外活塞滑過對應的內(nèi)端口內(nèi)移時，可以使其他三處的中腔內(nèi)液壓油進入移動外活塞對應的外腔內(nèi)，從而使鋼珠和大密度液壓油偏向其他三處缸筒內(nèi)，進而使重心發(fā)生偏移，同時其他三處的外活塞并不受影響；由于各外活塞上分別連有與機器人的各腿部傳動連接的連桿機構(gòu)，當機器人的ー個腿部抬起吋，該腿部對應的連桿機構(gòu)推動對應的外活塞運動，使平衡裝置的重心向隨著腿部抬起向機器人的另外三條腿部處發(fā)生偏移，同時也不影響另外三條腿部，從而使機器人的重心下移，起到調(diào)節(jié)重心的作用，防止機器人傾倒。

圖I為本實用新型的機器人平衡裝置的實施例結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
本實用新型的機器人平衡裝置的實施例如圖I所示，包括四根一端相交且在相交處連通、另一端向四周水平張開的缸筒2，相鄰的兩根缸筒2相互垂直形成十字交叉狀態(tài)，各缸筒2內(nèi)分別軸向滑動裝配有間隔設置的外活塞3和內(nèi)活塞6，這樣使各外活塞3與各自對應的缸筒2外端壁以及兩者之間的筒壁配合分別形成四個外腔，外活塞3與內(nèi)活塞6以及兩者之間的筒壁配合分別形成四個中腔，各內(nèi)活塞6與四者之間的筒壁配合形成一個內(nèi)腔，外腔、中腔和內(nèi)腔均為密閉腔室，且各外活塞3上均連有連桿機構(gòu)4。各缸筒2的筒壁上分別開設有與各自對應的外腔連通的外端ロ，相対的兩個缸筒2上的外端ロ之間分別連有主導管7，兩根主導管7交叉設置并在交叉處相互連通，各缸筒2的筒壁上位于外端ロ內(nèi)側(cè)還分別開設有內(nèi)端ロ，內(nèi)端ロ與各自對應的主導管7之間連有支導管5，當外活塞3位于各自對應的內(nèi)端口外側(cè)時，內(nèi)端ロ與各自對應的中腔連通，當外活塞3位于各自對應的內(nèi)端口內(nèi)側(cè)時，內(nèi)端ロ與各自對應的外腔連通。具體應用時，各連桿機構(gòu)4分別與機器人的四條腿部傳動連接，當有一條腿部抬起時，通過連桿機構(gòu)4帶動對應的外活塞3內(nèi)移，連桿機構(gòu)4為現(xiàn)有技術(shù)或通過現(xiàn)有技術(shù)可以實現(xiàn)，而外腔和中腔內(nèi)均填裝密度較小的液壓油，內(nèi)腔內(nèi)填裝鋼珠以及密度較大的液壓油，在機器人的各腿部均未抬起時，各外活塞3均位于各自對應內(nèi)端ロ的外側(cè)，整個平衡裝置處于穩(wěn)定狀態(tài)。為了使平衡裝置在處于穩(wěn)定狀態(tài)時的重心位于各缸筒2的相交處，所述各缸筒2的長度均相等，且各外端ロ、各內(nèi)端ロ與各自缸筒2的外端距離也相等。上述實施例具體應用在腿式運動的機器人上時，平衡裝置水平放置，機器人的任
何一條腿部都沒有抬起時，平衡裝置的重心位于各缸筒2的相交處。為了方便描述，四個缸筒2的位置分別為A、B、C、D，當A處腿部抬起，A處連桿機構(gòu)推動對A處外活塞內(nèi)移，當A處外活塞滑過A處內(nèi)端ロ吋，A處內(nèi)端ロ與A處的外腔連通，進而推動A處內(nèi)活塞內(nèi)移，此時B、C、D處的內(nèi)活塞分別外移，同時B、C、D處中腔內(nèi)的液壓油通過支導管和主導管流入A處外腔內(nèi)而不推動B、C、D處的外活塞，從而不影響B(tài)、C、D處的腿部位置，這使內(nèi)部腔室內(nèi)的液壓油和鋼珠流向B、C、D處的缸筒內(nèi)，進而使平衡裝置的重心偏向B、C、D處，同時也使機器人的重心發(fā)生偏移。當A處腿部放下吋，A處外活塞回到初始點，A處外腔內(nèi)的液壓油流向B、C、D處中腔內(nèi)，使B、C、D處的內(nèi)活塞回到初始點，進而使內(nèi)腔內(nèi)的液壓油和鋼珠恢復到初始位置，重心恢復。同樣，機器人任何一條腿抬起時，本裝置都可起到調(diào)節(jié)重心的作用。上述實施例中，四根缸筒2向四周水平張開，且相鄰的兩根缸筒相互垂直設置，在其它實施例中，四根缸筒也可以沿錐面分布，當然相鄰的兩根缸筒也不需要垂直，并不影響缸筒內(nèi)的液壓油流動，因此也能實現(xiàn)重心偏移。本實用新型的輪腿機器人的實施例包括機架以及安裝在機架上的四條輪腿，機架上還設有平衡裝置，平衡裝置的結(jié)構(gòu)如圖I所示，與上述實施例中的平衡裝置結(jié)構(gòu)一致，其內(nèi)容在此不再贅述。
權(quán)利要求1.一種機器人平衡裝置，其特征在于包括四根一端相交且在相交處連通、另一端分別向四周張開的缸筒，各缸筒內(nèi)分別軸向滑動裝配有間隔設置的外活塞和內(nèi)活塞，各外活塞與各自對應缸筒的外端壁以及兩者之間的筒壁配合分別形成用于容納小密度液壓油的外腔，各內(nèi)活塞與各自對應的外活塞以及兩者之間的筒壁配合分別形成用于容納小密度液壓油的中腔，各內(nèi)活塞與四者之間的筒壁配合形成用于容納鋼珠和大密度液壓油的內(nèi)腔，各缸筒上分別開設有與各自對應的外腔連通的外端口以及當各自對應的外活塞位于外側(cè)時與各自對應的中腔連通、后移至內(nèi)側(cè)時與各自對應的外腔連通的內(nèi)端口，各缸筒上的外端口和內(nèi)端口均相互連通，且各外活塞上分別連有用于與機器人各腿部傳動連接的在腿部抬起時驅(qū)動各自對應的外活塞內(nèi)移的連桿機構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的機器人平衡裝置，其特征在于所述缸筒分別向四周水平張開，相鄰的兩根缸筒相互垂直。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的機器人平衡裝置，其特征在于所述缸筒長度均相等，各外端口與各自對應缸筒的外端距離相等，各內(nèi)端口與各自對應缸筒外端距離相等。
4.一種輪腿機器人，包括機架以及安裝在機架上的四個輪腿，其特征在于所述機架上設有平衡裝置，所述平衡裝置包括四根一端相交且在相交處連通、另一端分別向四周張開的缸筒，各缸筒內(nèi)分別軸向滑動裝配有間隔設置的外活塞和內(nèi)活塞，各外活塞與各自對應缸筒的外端壁以及兩者之間的筒壁配合分別形成用于容納小密度液壓油的外腔，各內(nèi)活塞與各自對應的外活塞以及兩者之間的筒壁配合分別形成用于容納小密度液壓油的中腔，各內(nèi)活塞與四者之間的筒壁配合形成用于容納鋼珠和大密度液壓油的內(nèi)腔，各缸筒上分別開設有與各自對應的外腔連通的外端口以及當各自對應的外活塞位于外側(cè)時與各自對應的中腔連通、后移至內(nèi)側(cè)時與各自對應的外腔連通的內(nèi)端口，各缸筒上的外端口和內(nèi)端口均相互連通，且各外活塞上分別連有與機器人各輪腿傳動連接的在輪腿抬起時驅(qū)動各自對應的外活塞內(nèi)移的連桿機構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的輪腿機器人，其特征在于所述缸筒分別向四周水平張開，相鄰的兩根缸筒相互垂直。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的輪腿機器人，其特征在于所述缸筒長度均相等，各外端口與各自對應缸筒的外端距離相等，各內(nèi)端口與各自對應缸筒外端距離相等。
專利摘要本實用新型公開了一種機器人平衡裝置及使用該裝置的輪腿機器人，平衡裝置包括四根一端相交且在相交處連通、另一端分別向四周張開的缸筒，各缸筒內(nèi)分別軸向滑動裝配有外活塞和內(nèi)活塞，各外活塞與外端壁以及兩者之間的筒壁配合分別形成外腔，各內(nèi)活塞與外活塞以及兩者之間的筒壁配合分別形成中腔，各內(nèi)活塞與四者之間的筒壁配合形成內(nèi)腔，各缸筒上分別開設有外端口以及內(nèi)端口，各缸筒上的外端口和內(nèi)端口均相互連通，且各外活塞上分別連有連桿機構(gòu)。當機器人的一個腿部抬起時，使平衡裝置的重心向隨著腿部抬起向機器人的另外三條腿部處發(fā)生偏移，從而使機器人的重心下移，起到調(diào)節(jié)重心的作用，防止機器人傾倒。
文檔編號B62D57/032GK202413980SQ20122001543
公開日2012年9月5日 申請日期2012年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月13日
發(fā)明者付三玲, 張伏, 張煥玲, 徐銳良, 楊樂峰, 毛鵬軍, 王俊, 王海源, 白延鵬, 薛坤鵬, 邱兆美 申請人:河南科技大學