[发明专利]一种平衡性能稳定的机器人及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种平衡性能稳定的机器人及其控制方法，具体涉及一种能够在铁板铺设的道路上行走的人形机器人。

背景技术

人形机器人广泛采用的是自平衡技术来实现运动能力，用金属部件构建机器人的人形结构，通过控制电机实现人体关节功能，在控制电机和在人形机器人身体内部安装速度、位置、加速度、角度等各类传感器，通过传感器信息分析来控制机器人的动作状态，通过控制电机调整保持肢体平衡，避免摔倒的情况下实现行走、摆臂、下蹲、转身等各种动作。然而其具有以下缺点：首先是机器人成本居高不下，要实现自平衡行走，保证机器人有一个稳定的动作状态，避免人形机器人在运动过程中摔倒，必须具备完善的传感器感知系统，传感器响应时间、数据精度要求较高，要求机器人各部驱动电机具有较高的控制精度与响应速度，同时自平衡机器人数据处理逻辑关系复杂，多项原因使得人形机器人成本高昂；自平衡机器人对于自身材料要求高，为了减少机器人各部肢体重心移动对于平衡的影响，避免机器人运动过程中摔倒，要求机器人必须减轻各部重量，对于材料、部件的选择更为苛刻；因为人形机器人无稳定、可靠、持续的平衡力量，必须限制人形机器人的身高，较低的重心提升了机器人的稳定性，同时造成人形机器人与真人之间存在较大的身高差异限，限制人形机器人的应用场所与环境；市场多数人形机器人仅用于简单的语言和人类交流，能够从事一定的舞蹈动作，但多数人形机器不具备负重工作的能力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构合理且平衡性能稳定的机器人及其控制方法。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

一种平衡性能稳定的机器人，包括设置在铁板上方的躯壳、分别铰接在躯壳下端两侧的左腿驱动装置与右腿驱动装置、铰接在左腿驱动装置下端的左脚驱动装置、铰接在右腿驱动装置下端的右脚驱动装置以及电气控制单元，左腿驱动装置与右腿驱动装置的结构相同，左腿驱动装置与右腿驱动装置相对于躯壳中心线对称设置，右脚驱动装置与左脚驱动装置的结构相同，右脚驱动装置与左脚驱动装置相对于躯壳中心线对称设置；左脚驱动装置包括设置在铁板上方且与左腿驱动装置铰接的左脚架以及设置在左脚架上的左脚电磁铁，左脚电磁铁与铁板的上表面相对应；右脚驱动装置包括设置在铁板上方且与右腿驱动装置铰接的右脚架以及设置在右脚架上的右脚电磁铁，右脚电磁铁与铁板的上表面相对应；左腿驱动装置包括至少两个模仿人体腿部关节的控制电机以及设置在控制电机之间模仿人体的腿骨连机架；电气控制单元包括设置在躯壳内的电机控制器与逻辑控制主板、用于检查左脚电磁铁与铁板的上表面接触的左检测模块以及用于检查右脚电磁铁与铁板的上表面接触的右检测模块，左检测模块与右检测模块分别将各自采集的电信号传递给逻辑控制主板，逻辑控制主板通过电机控制器控制相应的控制电机主轴转动，逻辑控制主板分别控制左脚电磁铁的线圈和/或右脚电磁铁的线圈通断电。

进一步，所述左检测模块包括设置在左脚电磁铁一侧的左前趾尖接触元件与设置在左脚电磁铁另一侧的左后脚跟接触元件或设置在左脚电磁铁一侧的左前趾尖接触元件与用于检查左脚电磁铁水平的左水平仪元件；所述右检测模块包括设置在右脚电磁铁一侧的右前趾尖接触元件与设置在右脚电磁铁另一侧的右后脚跟接触元件或设置在右脚电磁铁一侧的右前趾尖接触元件与用于检查右脚电磁铁水平的右水平仪元件。

进一步，还包括铰接在躯壳上端一侧的左臂驱动装置、铰接设置在躯壳上端另一侧的右臂驱动装置和/或铰接设置在躯壳上端的头部驱动装置。

进一步，左腿驱动装置包括带动左脚电磁铁前后摆动的左跖趾关节电机、左脚连接架、带动左脚连接架摆动的左脚踝关节电机、左小腿连接架、带动左小腿连接架前后摆动的左膝关节前后摆动电机、左大腿连接架、带动左大腿连接架前后摆动的左髋关节摆动电机、髋骨上连接架、左腿转轴、左腿联轴器以及固定设置在躯壳左下端的左髋关节转动电机；左脚架与左跖趾关节电机的电机轴铰接，左跖趾关节电机的壳体与左脚连接架固定连接，左脚连接架与左脚踝关节电机的壳体固定连接，左脚踝关节电机的电机轴与左小腿连接架铰接，左小腿连接架与左膝关节前后摆动电机的壳体固定连接，左膝关节前后摆动电机的电机轴与左大腿连接架铰接，左大腿连接架与左髋关节摆动电机的壳体固定连接，左髋关节摆动电机的电机轴与髋骨上连接架铰接，髋骨上连接架通过左腿转轴与左腿联轴器传动连接，左腿联轴器与左髋关节转动电机连接。