一种单板滑雪多足机器人

技术领域

本申请属于机器人技术领域，具体涉及一种单板滑雪多足机器人。

背景技术

当前滑雪机器人领域的研究相对较少，上世纪80年代日本研究人员Shimizu就滑雪机器人关节角变化组合与滑雪转弯效果展开研究，开发了几款滑雪机器人并证实机器人大腿关节的转动可以改变滑雪板的边缘角度和前进方向。21世纪初，日本金泽大学Yoneyama设计了一款以舵机为驱动源的双足机器人，每条腿有六个自由度，具备速度和压力传感器。通过改变滑雪姿势研究转弯轨迹，反作用力和关节运动的关系，讨论了滑雪转弯模型的要求。但由于驱动问题无法获取各个关节的角速度和力矩状态，仅能实现开环位置控制，无法深入展开研究。2013年，斯洛文尼亚约瑟夫斯蒂芬研究所的Zalajpah面向高山滑雪障碍赛搭建三关节滑雪机器人，为了能让机器人保持身体稳定，实现滑雪路线的自主规划，连续穿越障碍至终点，约瑟夫斯蒂芬研究所针对机器人稳定性，控制算法，仿真环境搭建，视觉导航以及轨迹优化做了一系列研究。由于机器人腿部自由度较少，视觉检测算法在复杂环境下距离估计误差较大，隐式速度控制以及仿真环境难以搭载等挑战，该机器人仅能做到基本实现目标任务，仍有较大改进空间。2016年，加拿大曼尼托巴大学的ChriIVerch-Brereton等人在人形机器人DARwin-OP的基础上开发滑雪机器人。该研究侧重于双足机器人在低摩擦环境下的运动控制。针对滑雪机器人，Chris等人引入一种可以根据加速度计历史数据推断当前倾斜度的线性预测模型，从而为机器人的运动平衡提供数据。

当前国际上多为双足滑雪机器人，并未出现四、六足滑雪机器人，且已有滑雪机器人多采用双板滑雪，目前未出现单板滑雪。

发明内容

针对上述现有技术的缺点或不足，本申请要解决的技术问题是提供一种单板滑雪多足机器人。

为解决上述技术问题，本申请通过以下技术方案来实现：

本申请提出了一种单板滑雪多足机器人，包括：机器人本体以及多个腿部组件，所述腿部组件的第一端与所述机器人本体转动连接，所述腿部组件的第二端还与滑雪板转动连接。

可选地，上述的单板滑雪多足机器人，其中，还包括：支架组件，所述腿部组件的第二端通过万向节与所述支架组件转动连接，所述支架组件还安装在所述滑雪板上。

可选地，上述的单板滑雪多足机器人，其中，在所述支架组件和所述滑雪板的连接位置处还设置有六维力传感器。

可选地，上述的单板滑雪多足机器人，其中，所述腿部组件包括：大腿以及与所述大腿转动连接的小腿，所述大腿还与所述机器人本体转动连接，所述小腿通过所述万向节与所述支架组件转动连接。

可选地，上述的单板滑雪多足机器人，其中，所述腿部组件还包括：设置在所述大腿上的第一驱动电机模组，

可选地，上述的单板滑雪多足机器人，其中，所述第一驱动电机模组包括：第一摆动电机、第一髋关节电机以及第一膝关节电机，

可选地，上述的单板滑雪多足机器人，其中，所述第一摆动电机用于驱动所述腿部组件侧向摆动，所述第一髋关节电机用于驱动所述大腿转动，所述第一膝关节电机通过第一传动机构驱动所述小腿转动。

可选地，上述的单板滑雪多足机器人，其中，还包括：用于实现滑雪支撑的中间腿组件，所述中间腿组件的一端与所述机器人本体转动连接。

可选地，上述的单板滑雪多足机器人，其中，所述中间腿组件的设置数量为至少两个。

可选地，上述的单板滑雪多足机器人，其中，所述中间腿组件包括：支撑腿和滑雪杖，所述支撑腿的第一端与所述机器人本体转动连接，所述支撑腿的第二端还与所述滑雪杖转动连接。

可选地，上述的单板滑雪多足机器人，其中，所述中间腿组件还包括：设置在所述支撑腿上的第二驱动电机模组，

可选地，上述的单板滑雪多足机器人，其中，所述第二驱动电机模组包括：第二摆动电机、第二髋关节电机以及第二膝关节电机，

可选地，上述的单板滑雪多足机器人，其中，所述第二摆动电机用于驱动所述中间腿组件侧向摆动，所述第二髋关节电机用于驱动所述支撑腿转动，所述第二膝关节电机通过第二传动机构驱动所述滑雪杖转动。

可选地，上述的单板滑雪多足机器人，其中，所述腿部组件的设置数量为至少两个；和/或，所述机器人采用类昆虫结构。

与现有技术相比，本申请具有如下技术效果：

本申请重心低，稳定性高，并且多个腿部组件转动连接到一块滑雪板上，滑雪板可以实现滑雪所需的各种动作，同时，由于多个腿部组件控制一块滑雪板，可以有足够的力量驱动滑雪板实现各种角度变化需要的负载。

本申请还设置有两条中间腿组件，中间腿可以实现滑雪过程的支撑，也可以实现雪地机器人的稳定行走。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1：本申请一实施例单板滑雪多足机器人的结构示意图一；

图2：本申请一实施例单板滑雪多足机器人的结构示意图二；

图3：本申请一实施例单板滑雪多足机器人实现滑雪板立刃的结构示意图；

图4：本申请一实施例单板滑雪机器人实现滑雪板压板姿态时的结构示意图；

图5：本申请一实施例中腿部组件的结构示意图；

图6：本申请一实施例中滑雪板的连接关系示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1和图2所示，在本申请的其中一个实施例中，一种单板滑雪多足机器人，包括：机器人本体10以及多个腿部组件20，所述腿部组件20的第一端与所述机器人本体10转动连接，所述腿部组件20的第二端还与滑雪板50转动连接。本实施例重心低，稳定性高，并多个所述腿部组件20转动连接到一块滑雪板50上，滑雪板50可以实现滑雪所需的各种动作，同时，由于多个腿部组件20同时控制一块滑雪板50，可以有足够的力量驱动滑雪板50实现各种角度变化需要的负载。

进一步优选地，在本实施例中，所述腿部组件20至少设置有两个，进一步优选地，本实施例以所述腿部组件20设置有四个进行举例说明。

本实施例还包括：支架组件70，所述腿部组件20的第二端通过万向节60与所述支架组件70转动连接，所述支架组件70还安装在所述滑雪板50上。通过所述支架组件70可实现腿部组件20与所述滑雪板50的转动连接。其中，

可选地，所述支架组件70优选地采用板状结构。进一步优选地，在本实施例中，作为前腿的其中两条腿部组件20可与同一个支架组件70转动连接，作为后腿的其中两条腿部组件20可与另一个支架组件70转动连接。当然，在具体实施例中，多个腿部组件20可与同一个所述支架组件70转动连接。

进一步地，在本实施例中，在所述支架组件70和所述滑雪板50的连接位置处还设置有六维力传感器80。所述六维力传感器80用于腿部感知作用在所述滑雪板50上的扭矩和作用力，便于机器人进行运动控制。

在本实施例中，当所述腿部组件20向一侧摆动时，所述滑雪板50可以实现立刃姿态，如图3所示。本实施例通过调整支撑腿31姿态实现滑雪板50立刃，通过调整重心左右位置实现转向控制，通过调整滑雪板50的夹角实现速度控制。

在本实施例中，上述滑雪机器人通过调整与腿部组件20向后侧转动时，所述滑雪板50可以实现压板姿态，如图4所示。

如图5所示，所述腿部组件20包括：大腿21以及与所述大腿21转动连接的小腿22，所述大腿21还与所述机器人本体10转动连接，所述小腿22通过所述万向节60与所述支架组件70转动连接。

在本实施例中，所述腿部组件20具有三个自由度，具体地，所述腿部组件20还包括：设置在所述大腿21上的第一驱动电机模组201，

所述第一驱动电机模组201包括：第一摆动电机202、第一髋关节电机203以及第一膝关节电机204，

所述第一摆动电机202用于驱动所述腿部组件20侧向摆动，所述第一髋关节电机203用于驱动所述大腿21转动，所述第一膝关节电机204通过第一传动机构驱动所述小腿22转动。

其中，在本实施例中，所述第一摆动电机202、第一髋关节电机203以及第一膝关节电机204的设置位置可以根据实际情况进行调整，如图5仅示意了其中一种可以实现的方式。

本实施例还包括：用于实现滑雪支撑的中间腿组件30，所述中间腿组件30的一端与所述机器人本体10转动连接。所述中间腿组件30优选地设置为两个。进一步优选地，所述中间腿组件30优选地设置在同侧设置的所述腿部组件20之间。

所述中间腿组件30的设置数量为至少两个。在本实施例中，所述中间腿组件30优选地设置有两个。当所述腿部组件20设置有四个，所述中间腿组件30设置有两个时，本实施例优选地六足机器人。所述中间腿组件30在滑雪时用来支撑前进、控制平衡以及引导变向等。

本实施例通过将腿部组件20转动连接到滑雪板50上，从而控制滑雪板50姿态，用中间腿组件30的摆动实现机器人移动中必要的支撑，实现了机器人滑雪的快速稳定控制。

进一步地，在本实施例中，所述中间腿组件30包括：支撑腿31和滑雪杖32，所述支撑腿31的第一端与所述机器人本体10转动连接，所述支撑腿31的第二端还与所述滑雪杖32转动连接。

其中，所述中间腿组件30同样具有三个自由度，所述中间腿组件30还包括：设置在所述支撑腿31上的第二驱动电机模组301，

所述第二驱动电机模组301包括：第二摆动电机、第二髋关节电机以及第二膝关节电机，

所述第二摆动电机用于驱动所述中间腿组件30侧向摆动，所述第二髋关节电机用于驱动所述支撑腿31转动，所述第二膝关节电机通过第二传动机构驱动所述滑雪杖32转动。

如图6所示，其中，所述万向节60、所述支架组件70、所述六维力传感器80以及所述滑雪板50的连接关系示意图。具体地，所述腿部组件20的第二端通过万向节60与所述支架组件70转动连接，所述支架组件70还安装在所述滑雪板50上。通过所述支架组件70可实现腿部组件20与所述滑雪板50的转动连接。在所述支架组件70和所述滑雪板50的连接位置处还设置有六维力传感器80。

所述机器人采用类昆虫结构，通过类昆虫结构的设置，可提高机器人对滑雪控制的灵活度和稳定度，并且使得机器人具有一定的美观价值。

本申请和常规的两足滑雪机器人相比，具有重心低，滑雪速度更快，更稳定，可控性更高等优势，同时该机器人还兼具较好的负载能力，为将来机器人进行搬运、作业等提供了支持。

在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限定，参照较佳实施例对本申请进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围，均应涵盖在本申请的权利要求范围内。