[发明专利]能量有效的机器人系统

说明书

相关申请的交叉引用 

本申请要求2007年5月25日递交的美国专利申请序号11/753,715的优先权，该申请的内容以引用合并于此。 

技术领域

本发明总体上涉及一种能量有效的机器人系统，并且更确切地说，涉及具有被动式动力移动的能量有效的机器人系统。 

背景技术

模仿人类功能，如移动、交谈、对物体进行操纵、或类似功能的不同类型的机器人系统是已知的。人类的行走是一种复杂的功能，涉及了足、踝、腿与髋，连同臂和大脑的协调活动。具有行走能力以及与人相似的形式的机器人系统的一个实例是双足式机器人。该双足式机器人要求有精确的致动器以及复杂的控制策略，以便通过主动地控制在腿与足中的每个关节的角度来模仿人的行走，这样使得机器人的质量中心尽可能地保持水平。然而，此类受控步态远不如实际的人类行走步态有效。其结果是，与可比大小的人的行走的能量消耗相比，该双足式机器人要求更大的能量消耗。 

最近，已经证明以不太平稳的步态来行走(其中质量中心随着每一步以一种摆动的方式来升降)提供了在运动效率上的显著增长，由此将能量输出水平减少到与人类行走更可比的一种水平。具有摆动步态的机器人系统的一个实例是被动式动力行走器。这种被动式动力行走器是一种简单的机器，它将机器人的腿的部分模拟为一个被动式的机械结构，并且利用机器人摆动肢体的动力运动来推动该机器。早期的被动式动力行走器依赖于重力来走下一个倾斜的表面。近来，被动式动力行走器已经得到了发展，它们利用至少一个有源的动力源使该机器能够在水平地面上行走。这种被动式动力行走器的步态显著地是与人相似的，并且随着足接触到表面并且然后上推而离开该表面而类似于质量中心的一种上/下运动。由于被动式动力行走器不是主要依赖于持续通电的多个控制器以及致动器来控制多个关节的角度角，它使用的能量少于一个可比的双足式机器人。

近年中机器人系统的控制能力已经增强。然而，大多数机器人系统的能量存储能力仍然是一个基本的限制性因素。虽然以上描述的被动式动力行走器要比一个动力性机器人系统要求更少的能量，这种被动式动力行走器仍然受限于动力要求。因此，在本技术领域中存在着对于一种被动式动力机器人系统的需要，该机器人系统结合了一个可更新能源以便增加该机器人系统能量使用的效率。 

发明内容

因此，本发明是一种具有被动式动力移动的能量有效的双足式机器人系统。该系统包括身体部分，该身体部分具有框架。在该框架内部悬挂了能量再捕获机构。该能量再捕获机构包括负载；机械能量存储机构，该机械能量存储机构与所述负载以及所述框架互连；以及导向装置，该导向装置被固定到所述负载上，用于引导所述负载相对于所述框架的运动。机械能量输入机构将该负载与电能产生机构互连用于从该负载的一种机械运动中产生电能。输出装置将所产生的电能传递给电能存储装置。该机器人还包括连接到身体部分上的腿。在被动式动力移动的过程中腿的循环运动通过该机械能量存储机构被传递给该负载，并且由腿的循环运动所引起的负载的一种摆动运动被机械能量输入机构作为一种机械能量输入传递给电能产生机构来产生电能。所产生的电能被传递给电能存储装置供机器人系统使用。 

本发明的一个优点在于提供了依赖于被动式动力移动的一种能量有效的双足式机器人系统。本发明的另一个优点在于提供了包括一个便携的、可更新的能源的一种机器人系统。本发明的再一个优点在于提供了一种机器人系统，该机器人系统包括了可再充电的电池，该电池在移动过程中利用机器人的循环运动对该电池进行再充电。本发明另一个优点在于该被动式动力双足式机器人是能量有效的，因为它重新捕获了否则的话要损失掉的能量。在本发明的再另一个优点在于该被动式动力双足式机器人将基于弹簧的机械能量存储装置与基于发电机的电能再生装置结合在一起。 

在结合附图阅读了以下说明以后，将会容易地了解并更好地理解本发明的其他特征和优点。 

附图说明

图1是根据本发明的一种能量有效的机器人系统的侧视图。 

图2是根据本发明的图1的能量有效的机器人系统的正视图。 

图3是根据本发明的用于图1的能量有效的机器人系统模型的能量再捕获机构的透视图。 

图4是根据本发明的图1的能量再捕获机构系统的俯视图。 

图5是根据本发明的能量有效的机器人系统的另一个实例的正视图。 

具体实施方式