类人机器人髋部以及类人机器人平衡系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种具有可显著提高类人机器人平衡性能的髋部结构以及类人机器人的平衡系统。
【背景技术】
[0002]总所周知，人体的髋部为连接人体上身与下肢的枢纽部位，人体髋部的结构组织可控制人腿部的前后屈伸和左右摆动，以及整个身体的平衡。现阶段的智能型机器人，多已具备可以前后行走的功能，藉由髋部设有马达连接腿部，以控制机器人腿部的跨步及收合动作，达到前进后退行走的目的。现阶段机器人的髋部结构为股骨顶部与髋部底部通过两个相互垂直的铰接轴铰接，两个铰接轴之间相距较近不存在连杆机构，当机器人双腿伸直站立在地面上时，如果机器人两腿向一个方向倾斜时，如图1和2中所示，机器人的上身倾斜度基本不变，两腿股骨顶部与髋部连接的铰接轴所受到的来自机器人上身的压力的大小和方向也基本是一样的，为此，即便在现有机器人髋部两侧的铰接轴处各设置一个压力传感器，也无法通过检测两个压力传感器的压力差变化来计算两腿的倾斜角度，因此也无法通过髋部来控制机器人的左右平衡。由于当机器人两腿交替前后摆动快速奔跑时，机器人两腿的倾斜角度时刻在变化，所以现有的机器人根本无法实现在快速奔跑时的平衡，因此现有的机器人无法实现快速奔跑的目的。
【发明内容】
[0003]有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种类人机器人髋部，通过该髋部结构可实现机器人在运动过程中的高度平衡，甚至可实现机器人快速奔跑的效果。
[0004]本发明的目的之一通过以下技术手段来实现:
本发明的类人机器人髋部，包括盆腔部和对称设置在盆腔部两侧的股骨部，所述盆腔部具有一个正面、一个背面以及两个侧面，所述盆腔部两个侧面的下部各通过一根铰接轴铰接一个摆杆，所述铰接轴的轴向与盆腔部的前后方向相一致；所述股骨部的顶部与所述摆杆的外侧端部铰接，所述股骨部可绕摆杆旋转，其旋转平面与所述铰接轴的轴向相互平行。
[0005]本发明的目的之二是提供一种安装有上述类人机器人髋部结构的类人机器人平衡系统，通过该平衡系统可实现机器人在运动过程中的高度平衡，赋予类人机器人快速奔跑的能力。
[0006]本发明的目的之二通过以下技术手段来实现:
本发明的一种基于上述髋部结构的类人机器人平衡系统，包括多个伺服驱动装置、微处理器、环形压力传感器以及角度传感器，所述多个伺服驱动装置分别安装在类人机器人髋部上的盆腔部与摆杆铰接处以及摆杆与股骨部铰接处以分别控制各自的铰接角度；所述角度传感器用于检测盆腔部与摆杆之间以及摆杆与股骨部之间的铰接角度；所述环形压力传感器安装在盆腔部与摆杆铰接处内部和/或摆杆与股骨部铰接处内部，用于检测铰接处内部的压力值和受压位置的变化。
[0007]进一步，所述环形压力传感器主要由环形的内基板、套设在内基板外侧的环形外基板以及设置在内基板与外基板环面之间的多个长条形的压力传感器，所述多个压力传感器沿内基板的外环面并列设置。
[0008]本发明的目的之三是提供另外一种基于有上述类人机器人髋部结构的类人机器人平衡系统，通过该平衡系统可实现机器人在运动过程中的高度平衡，赋予类人机器人快速奔跑的能力。
[0009]本发明的目的之三通过以下技术手段来实现:
本发明的一种基于上述髋部结构的类人机器人平衡系统，所述盆腔部与摆杆之间安装有倒立摆控制系统A，使得盆腔部与摆杆之间形成一级倒立摆结构A ;所述摆杆与股骨部之间安装有倒立摆控制系统B，使得摆杆与股骨部之间形成一级倒立摆结构B。
[0010]本发明的有益效果:
1、本发明的类人机器人髋部，包括盆腔部和对称设置在盆腔部两侧的股骨部，所述盆腔部具有一个正面、一个背面以及两个侧面，所述盆腔部两个侧面的下部各通过一根铰接轴铰接一个摆杆，所述铰接轴的轴向与盆腔部的前后方向相一致；所述股骨部的顶部与所述摆杆的外侧端部铰接，所述股骨部可绕摆杆旋转，其旋转平面与所述铰接轴的轴向相互平行。通过上述髋部结构可实现机器人在运动过程中的高度平衡，甚至可实现机器人的快速奔跑的效果。
[0011]2、本发明的类人机器人平衡系统可实现机器人在运动过程中的高度平衡，赋予类人机器人快速奔跑的能力。
【附图说明】
[0012]下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
[0013]图1为现有机器人直立时的结构示意图，图中箭头的方向代表铰接轴受力的方向，箭头的长度代表受力的大小；
图2为现有机器人腿部倾斜时的结构示意图，图中箭头的方向代表铰接轴受力的方向，箭头的长度代表受力的大小；
图3为本发明类人机器人髋部的立体结构示意图；
图4为本发明类人机器人髋部的另一种立体结构示意图；
图5为安装有本发明类人机器人髋部以及平衡系统的机器人直立时的结构示意图，图中箭头的方向代表铰接轴受力的方向，箭头的长度代表受力的大小；
图6为安装有本发明类人机器人髋部以及平衡系统的机器人腿部倾斜时的结构示意图，图中箭头的方向代表铰接轴受力的方向，箭头的长度代表受力的大小；
图7为本发明类人机器人平衡系统中环形压力传感器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0014]以下将结合附图对本发明进行详细说明:
实施例1类人机器人髋部
如图3-6所示:本实施例中的类人机器人髋部，包括盆腔部I和对称设置在盆腔部I两侧的股骨部2，所述盆腔部I具有一个正面la、一个背面Ib以及两个侧面lc，所述盆腔部I两个侧面Ic的下部各通过一根铰接轴Id铰接一个摆杆6，所述铰接