[发明专利]一种双轮足混合自平衡机器人

说明书

本发明公开了一种双轮足混合自平衡机器人，包括躯干支架，在躯干支架的两侧对称地设置有支腿组件；所述支腿组件包括大腿支架、小腿支架、辅助腿连杆、轮毂电机、髋关节电机以及膝关节储能弹簧；所述轮毂电机安装在小腿支架的底部，大腿支架的一端与小腿支架通过铰链连接，膝关节储能弹簧与铰链同轴，膝关节储能弹簧一端卡在小腿支架上，另一端卡在大腿支架上；大腿支架的另一端固定在髋关节电机的输出端，髋关节电机安装在躯干支架中；该辅助腿连杆的一端与小腿支架通过铰链连接，另一端与躯干支架通过铰链连接。通过巧妙地设计大腿支架、小腿支架以及辅助腿连杆的结构位置，从而可以使得整个机器人的质心位置能够进行优化。

技术领域

本发明涉及机器人，具体涉及一种双轮足混合自平衡机器人。

背景技术

目前地面机器人大致可分为基于腿足式和基于轮子的两种运动构型。传统的轮式移动机器人具有结构简单、易于控制、移动速度快和稳定能力强等优点，但是只适合路况良好的平面，地面必须连续、平坦，运动受地形影响比较大，当其遇到一定高度的连续型障碍物时就无法通过。而腿足式移动机器人的腿脚运动灵活，可以跨越和攀登诸多障碍，只需要离散的支撑点，几乎可以适应各种复杂地形，在复杂的地形和非结构化的环境中，具有更好的灵活性和适应性。近年来一些腿足式机器人系统表现出了很好的性能，克服了楼梯或湿滑的地形等障碍，但它们通常需要大量的时间来执行这些复杂的运动；同时，在平面上运动时的能耗大、动力效用低、速度跟轮状物相比又太慢。将这两种核心能力结合在一起的机器人，在平坦的地面上快速、平滑地机动和动态地克服障碍，是非常罕见的。专利文献CN109159830A提出了一种轮腿结合式机器人，采用四条可折叠的腿和机身两侧的驱动主动轮及一个从动轮的结构实现轮式和足式运动状态切换，该方案的不足在于跨越障碍时需要切换模式耗时较长，而且系统所需的驱动电机比较多，系统集成不够紧凑、从而导致结构复杂，同时也不太容易实现自动平衡控制与跳跃控制的解耦。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种双轮足混合自平衡机器人，该机器人结构紧凑，设计巧妙，以便于实现自动平衡控制与跳跃控制的解耦。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种双轮足混合自平衡机器人，包括躯干支架，在所述躯干支架的两侧对称地设置有支腿组件；

所述支腿组件包括大腿支架、小腿支架、辅助腿连杆、轮毂电机、髋关节电机以及膝关节储能弹簧；所述轮毂电机安装在小腿支架的底部，大腿支架的一端与小腿支架通过铰链连接；膝关节储能弹簧与铰链同轴，所述膝关节储能弹簧为带腿弹簧，其一端卡在小腿支架上，另一端卡在大腿支架上；大腿支架的另一端固定在髋关节电机的输出端，由髋关节电机带动动作，髋关节电机安装在躯干支架中；所述辅助腿连杆的一端与小腿支架通过铰链连接，另一端与躯干支架通过铰链连接。

当所述机器人直立时，整体机器人质心与所述轮毂电机圆心连成一条虚拟直线；当整个机器人纯上下运动时，通过髋关节电机驱动大腿支架，压缩膝关节储能弹簧，带动小腿支架和辅助腿连杆的运动，此时，整体机器人质心运动轨迹尽可能与所述虚拟直线保持在同一直线。

所述的双轮足混合自平衡机器人还包括IMU模块、主控制器、驱动器以及地面识别装置；所述轮毂电机和髋关节电机均安装有编码器，轮毂电机和髋关节电机的编码器分别与驱动器的电机接口和通讯接口相连，驱动器与主控制器的通讯接口相连接，IMU模块与主控制器通讯接口相连；所述地面识别装置用于识别机器人前进方向的地面情况，主控制器根据地面识别装置所识别到地面情况以及IMU模块所获取到的机器人的实时姿态状态来控制轮毂电机和髋关节电机的工作。

所述地面识别装置安装在躯干支架的前端。

在所述躯干支架中安装有箱体，所述IMU模块、主控制器以及驱动器均安装字箱体内；在所述箱体内还安装有电源系统，电源系统分别给主控制器、驱动器、IMU模块、地面识别装置提供额定电源。