[发明专利]一种两足气垫靴式步行机器人及其行走方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人的行走机构及其行走方法，尤其是一种以气垫靴方式行走的机器人步行结构及其行走方法。

背景技术

迄今为止，在步行机器人的研究领域，大都采用多关节、多自由度的仿人型结构，且其在行进过程中均是通过控制腿的关节的运动继而实现腿的摆动来完成机器人的移动，这就导致了现有两足步行机器人结构复杂、控制难度大、稳定性差且能量利用效率低等问题。同时传统的两足机器人在行进过程中单足着地，接地比压大，无法通过松软地面。因此，针对以上不足，需要技术上的进步来实现两足步行机器人的控制稳定性和通过性问题。

经过对现有的技术文献检索发现：

中国实用新型专利号：200920105112.8，名称：一种三杆两足步行机构。该实用新型结构简单，将动力机安装在其中一足之上，通过转动副驱动中间连杆做回转运动，这样只用一个动力机驱动实现两足接地步行，解决了现有两足步行机器人结构复杂、控制难度大的问题，但是，该技术依然存在单脚着地，行走稳定性不够的问题，而且也没有考虑松软地面上的通过性问题。

中国发明专利申请号：201210554495.3，名称：一种两足步行机器人。该两足步行机器人的每条腿具有自由度髋关节、自由度膝关节、自由度踝关节。可以在斜坡，阶梯等复杂路面下实现行走、攀爬、转弯等多种驱动前进方式。但是，该技术的每条腿需要单独控制，结构复杂，自由度多，不利于保持稳定，同时也没有考虑松软地面上的行走问题。

中国发明专利申请号：201010109042.0，名称：气垫式步行车。该气垫式步行车包括前中后机械足各两条，分两排并列分布在车体左右两侧，各足结构相同，同时设计还包括驱动电机、控制机构、密封气室、加压风机、鼓气风机电机和摄像头等。但是，该气垫式步行车需要六条腿进行移动，考虑了松软地面上的通过性问题但不具有良好的控制性能。

从以上可知，经文献检索，并未发现对于两足气垫靴式步行机器人的相关研究成果。因此，气垫技术在两足步行机器人领域的应用，可以创新性地为今后双足步行机器人的行走机构提供一个新的合理的解决方案。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种两足步行机器人，可以实现在松软地面上的行走，行走稳定性好，结构简单，自由度少，控制难度小。

本发明的目的由如下技术方案实现。

一种两足气垫靴式步行机器人，其特征在于：

在髋部板的左、右两侧配置可前后摆动的杆状摆动大腿，摆动大腿的下端连接可前后转动的杆状摆动小腿，摆动小腿的下端以球铰结构连接气垫靴上表面的顶层硬板；

在摆动大腿和摆动小腿之间设置可控插销，所述可控插销有插入锁紧和释放两状态，插入锁紧状态可限止两杆件相互转动，保持在一直线或一定角度，释放状态两杆件可相互转动；

所述摆动小腿的下部伸出支撑横杆，在支撑横杆和顶层硬板之间设置至少一根竖直弹簧；

所述气垫靴的结构是在顶层硬板的下部配置柔性围裙，在顶层硬板的上方设置由鼓气风机电机驱动的鼓气风机；鼓气风机工作对所述气垫靴充气，柔性围裙向上膨胀抬起，并与地面形成一定的气隙；鼓气风机停止工作所述气垫靴放气，柔性围裙向下收缩落下；

在所述髋部板上配置可驱动所述摆动大腿前后摆动的驱动电机，在所述髋部板上还配置控制单元；

所述控制单元可控制鼓气风机的充气和停止；可控制摆动大腿的摆动或静止；可控制可控插销的锁紧或释放。

进一步，所述气垫靴的柔性围裙呈上小下大形状，且由上至下设置若干相应规格的环形卡环。

进一步，所述球铰结构为一个万向节结构，固定连接在摆动小腿下端与气垫靴顶层硬板之间，所述支撑横杆呈圆环状，所述摆动小腿杆件位于圆环中央，所述竖直弹簧为一个直径大于摆动小腿杆件的管状弹簧。

进一步，所述球铰结构为一个圆球设置在摆动小腿下端与气垫靴顶层硬板之间两个浅凹窝中，所述支撑横杆为在摆动小腿前、后方向各伸出的水平板，所述竖直弹簧为在前、后的水平板下方分别配置竖直的拉簧。

进一步，在所述髋部板外围配置环状的髋部环，所述髋部环为圆形的或者矩形的金属环。

进一步，在所述髋部板左、右两侧配置摆动大腿的位置再分别配置可前后摆动的摆臂，一侧摆臂的摆动方向与同侧的摆动大腿摆动方向相反，对另一侧的摆动大腿摆动方向相同。

进一步，所述气垫靴横截面形状为圆形或椭圆形或长腰形。

进一步，在所述摆动大腿与髋部板的连接处配置弹性垫圈。