[发明专利]机动化仿人机器人

说明书

本发明涉及一种机动化仿人机器人(50)，其具有沿处于参考位置中的参考轴线(12)延伸的定位轴线(11)并且能够在水平面(13)上移动，该机器人包括与水平面(13)接触的第一轮(14)和第二轮(15)。根据本发明，该机器人(50)包括具有翘曲表面(18)的底座(17)，该翘曲表面(18)在穿过轮(14、15)的中心的竖直平面中、在轮(14、15)中的每一个的任一侧上延伸，该翘曲表面(18)能够在该翘曲表面(18)的任何点处形成与水平面(13)接触的第一接触点，从而对于任何第一接触点限定出旋转中心(O)，并且机器人(50)被以下列方式进行构造，即，使得机器人(50)的旋转中心(O)和重心(G)是偏移的，以产生趋向于使机器人(50)从其中该机器人的定位轴线(11)与参考轴线(12)形成非零角度(20)的任何位置返回到参考位置的扭矩。

技术领域

本发明涉及一种机动化仿人机器人，该机动化仿人机器人可具体在专业环境中或在家庭环境中具有与儿童进行交互作用的可能性。

背景技术

仿人机器人应被理解为一种呈现出与人体的相似性的机器人。它可以是身体的顶部，或仅是一种以可被比作人手的夹具为端部的铰接臂。在本发明中，机器人身体的顶部类似于人体躯干的顶部。仿人机器人可能是多少有些复杂的。它可以静态地及动态地控制自身的平衡，并且可能地在三维中以两个肢体行走，或者简单地在底座上滚动。它可以从环境收集信号(听觉、视觉、触觉等)，并根据一个或多个多少有些复杂的行为做出反应，并通过语音或通过手势与其它机器人或人类进行交互作用。对于当代仿人机器人，程序员能够创建多少有些复杂的场景，例如用于机器人的事件序列和/或由机器人执行的动作。这些动作可取决于与机器人进行交互作用的人们的某些行为。

对于任何机动车辆，并且因此也对于能够移动的机器人，考虑机动车辆及其环境元件的安全性是非常重要的。机器人及其环境元件的安全性具体涉及避免机器人跌倒，即使它被倾翻，也并不损坏机器人和/或其环境中的任何元件。同样，所期望的是，机器人并不掉落到儿童的身上。同样有必要防止存在当与机器人接触时引起痛苦的任何风险。例如，如果人与机器人接触，且即使人与机器人的某些肢体进行交互作用，也有必要避免使人(例如人的手指)被挤夹在机器人的臂的下方。最后，理论上合乎需要的是尽可能廉价地解决这些安全标准。

对于意在为可移动的任何机动机器人，在其设计过程中，存在如何实现机动性的问题。存在具有类似于双腿的两个肢体的仿人机器人。该解决方案实施起来是非常复杂的并且涉及相当大的成本。此外，由于这种机器人易于不平衡且如果它倾倒或翻转就会跌落，并且保持在地面上，而并不一定具有再次起来的能力，因此该解决方案从安全角度上来看并不令人满意。也存在其机动性通过一种包括三个轮的基座加以确保的仿人机器人。在静态阶段中自然稳定的该解决方案是相当昂贵的，并且并未排除在动态阶段期间跌落的风险，这是由于所投影的质心可能暂时离开支撑三角形。也存在一种具有包括两个轮的基座的机动性解决方案，这两个轮基于倒立摆的原理彼此面对。该解决方案提供了与三轮的解决方案相比成本低的优点，但绝对不安全。事实上，在控制构件或主动稳定算法出现故障的情况下，具有这种机动性解决方案的机器人可能跌落、受损并且可能伤害位于其环境中的人。最后，存在于地面上具有单个接触点的系统，这些系统同样基于倒立摆的原理通过球摩擦(球虫(ballbot)型机器人)在三个轴上加以驱动。出于与前述情况相同的原因，在控制构件或主动稳定算法故障的情况下，具有这种机动性解决方案的机器人可跌落、受损并且可能伤害位于其环境中的人。专利申请FR2820985描述了一种具有自发恢复的交互作用式移动玩具，但其彼此面对的两个轮的构造并未解决阻尼碰撞的问题。事实上，在前后运动中确保了该自发恢复，但侧向倾倒会使其跌落，在这种情况下，该玩具并不能直接地恢复。一旦倾斜到一侧，该玩具就略微滚动，以呈现在其背部上伸展开的位置，从而允许其恢复。其结果是，一旦侧向碰撞，机器人就无法阻尼该碰撞。在侧向碰撞而与物体发生碰撞时，物体受到冲击作用，这是由于这种玩具并不能均匀且连续地倾斜，以使由该物体感知到的力最小化。

发明内容