世界各国制造类似人的机器人公司不少,但是能做到双腿行走自如的不多,关键就是平衡技术不好。所以不少的机器人有人的轮廓,行走是靠轮子或者靠履带。
类似人的机器人,要想行走自如,必须有好的平衡技术和方法。做的比较好的是靠快速扫描各个动作的状态,计算重心,也分析重心的变化趋势来做运动中的平衡。这种方法技术高,但技术复杂,也有局限性。这种技术适合一个机器人,但是不太适合机器人工作或者进行操作,或者机器人拿不太好扫描的东西的时候就不太适合。
我们申请了一个平衡方法的专利,它是把整个平衡分解成若干个平衡部位或者关节,有测量装置测量平衡部位的重力的大小、变化、趋势以及数值的范围,通过测量值来实时调整平衡。
就像人一样,比如从下到上可分踝关节单元、膝关节单元、胯骨关节单元、腰关节单元、胸单元、脖子单元等等。其实还可以再分的多点,因为分的越多平衡就越好。
方法简单,制造也简单,效果就是双腿行走机器人能像人一样行走,能达到像人一样的平衡水平,不仅能走也能跳,还能负重行走,即使机器人在作业,也能实时保持平衡,机器人也可以做比较难的动作,也能保证不倒,保持平衡。
平衡的原理一
1、机器人的整体平衡需要各个平衡单元共同作用最后达到平衡。平衡有动态下的平衡和静态下的平衡。理论上在静止状态下,如果各个平衡单元平衡,机器人整体肯定就平衡了。整体平衡分解成若干平衡以后,把整个平衡问题转化为各个平衡单元的平衡问题。所以只需要解决单个平衡单元的平衡就可以了。
平衡原理二(平衡单元的结构和作用)
平衡单元:有4个副支撑还有一个主支撑以及下面的测量单元。
1、副支撑主要作用是提供动力,即伸缩动力。
2、主支撑主要就是承重的作用。
3、测量单元主要测量副支撑和主支撑的压力。测量单元主要是用液体的压强来测量的。虽然液压油体积随温度和压强大小有微小变化,但是对整个平衡影响不大。
平衡原理三(平衡单元的平衡)
1、平衡单元的运动功能。因为四个副支撑有伸缩功能,所以下面的部分可以在控制系统的控制下,向四周摆动。为此可以做膝关节平衡部、胯骨关节平衡部,还有其它地方的平衡部位。
2、平衡单元的平衡。测量单元是用来测量副支撑和主支撑的压力,为此在平衡单元的运动中,下面的测量单元能随时测量他们的压力及其压力的变化。我们就可以根据测量出的压力的结果或者压力的变化趋势,来随时控制调整动力副支撑的变化,最终达到平衡。
平衡原理四
(平衡单元的平衡范围)
1、当四个副支撑下面的测量单元的测量数值一样时,就是平衡单元的绝对平衡的时候。绝对平衡在实际应用中用处不大。
2、如果某个测量单元测量的数值达到零的时候,就说明这个平衡单元达到了平衡功能的极限状态,也就是说这个平衡单元要倒了。如果这个平衡单元是踝关节平衡部,就是机器人失去平衡,要摔倒;如果是其它的平衡单元,即便是这个平衡单元的平衡功能达到极限了,机器人也不一定会倒。所以说平衡单元所要达到平衡功能的条件就是下面的测量值必须大于零,只要满足此条件,平衡单元才能通过自身达到平衡。
(整体平衡与平衡单元的关系)
1、行走机器人的整体平衡就是机器人在运动和静止的状态下不倒就是平衡。而整个机器人的重心都在两个踝关节平衡单元上,所以只要保证支撑机器 人的任何一个踝关节平衡单元的测量单元的数值不低于零,就能保证机器人不倒。因为人在行走或者金鸡独立的时候,只用一只脚,所以是保证一个支撑机器人的踝关节的测量值不低于零就可以。
2、对于整个行走机器人,只要在踝关节平衡的测量值范围内,上面的各个平衡部位都可以打破平衡,为整个机器人的平衡服务,其实就像人一样。比如说平衡状态的机器人,拿了东西后,就打破平衡了,根据测量的数值进行调整,一般是先由上调整,就是说先调整胸腔平衡,如果胸腔平衡部位的部分测量值低于零的时候,胸腔平衡部位的平衡功能用尽了,马上就往下腰部平衡部位调整,如果物体太重,腰部平衡也不能调整达到平衡,再依次往下,一直到踝关节平衡部位。两种结果,一是调节平衡成功,另一种就是物体太重,给机器人压趴下。压趴下的结果是不会出现的,如果踝关节测量值快到零的时候,就要赶紧放下物体,和人一样拿不动就不拿了。
平衡原理五(运动中平衡)
只要有了行走机器人不倒的测量值范围,不管是在静止或者运动状态只要不超过范围值就不会倒,当然还有个平稳点也很重要。
1、为了让行走机器人行走的更平稳,不倒的测量值可以大于零或者比零的数值大的多,数值越大就会越平稳,就是说让各个平衡单元的测量值尽量大点,这样才能保证不让平衡单元把自己的平衡功能用完,会更平稳。为此这里有个平稳点,它的合理利用很重要。
2、当然为了让行走机器人的运动和速度更快的话,就是要测量单元的测量值要尽量大。
3、各个平衡部位的测量值,就有很多方法让机器人又快又稳的走和跑,还有做其它的动作,都成为可能。比如根据测量值的变化趋势快速调整,以及测量值变化的快慢也可以快速调整。这就能达到智能平衡。
现在机器人用力大小的控制或者用力大小的测量也是个小难点,而平衡单元测量值也可以通过夹角来计算出机器人用力的大小,比如手臂用力的大小或者腿踢出去用力的大小。制造和控制都没有难点,现有技术很容易做到,当然制造和控制的水平也决定行走机器人的水平。
平衡技术主要应用在双腿行走的机器人,和多腿行走的动物身上,也可以应用在双腿高位截肢的假肢上,并且仅靠上身重力的变化就可以控制行走或者做一切难点的动作。如果加上特别的功能,就能做出很多具有专业才能的机器人。比如做不怕热的机器人(可以做火场搜救员或者灭火员);再比如有强大识别功能的保安;如果做精细的话,也可以做双腿假肢,适用高位双腿断肢;还可以用在路不平或者其它恶略的环境中工作。
电动指甲刀 专利号:201822060964.1
现在市场上的电动指甲刀,不管是剪指甲或者磨指甲,都是只有指甲口,为了适应不同指甲的不同厚度和不同弧度,只能增加指甲口缝隙的宽度,所以会有小指甲放到大指甲缝的时候,也有厚度大的指甲,放不进去的时候。(因为指甲口缝隙宽,一般都能放进去,但是有的厚点的脚指甲就不一定了。)
为此我们设计了一款拥有多口的电动指甲刀,又用了渐开线型指甲槽,也可以增加不同弧度指甲的适应性,也可以根据指甲槽的深浅来剪长短指甲。多种选择,可以优化选择,有了更多的可能性。
市场上的缺点: 1、都是只一个有指甲口; 2、指甲口大,主要指缝隙宽,因为只有一个口,为了适应剪或者磨各种厚度的指甲,缝隙口必须宽点才可以;
本实用的优点: 1、可以多个指甲口 2、指甲口可以做的尽量适合指甲的厚度和弯曲度。 3、渐开线指甲口与指甲槽的应用。
优点分析: 1、渐开线型指甲口的缝隙,可以做的尽量适合指甲的厚度。 2、更重要的是渐开线型的指甲口是一条弧度变化的曲线,弧度不一样的指甲,都能适合要剪指甲的弧度。 3、增加一个指甲槽,形状类似指尖形状,作用是不仅能剪长短指甲也更舒适。
通过对比知道,电动指甲刀缺点不明显,优点突出。 1、刀盘的设计首先解决了这个问题(一个电动指甲刀只有一个剪指甲口,并且要剪所有指甲的问题)。我们设计的指甲刀可以有多个指甲口。 2、特别是渐开线型指甲槽的应用。一个指甲槽就能适应不同弧度的指甲,指甲槽的深浅决定剪的指甲的长短,这个新功能的增加,就同时满足了长指甲和短指甲的需求。 3、刀盘的设计可以是刀片也可以是磨砂片,还可以做成复合的,同时满足了剪指甲和磨指甲的需求。因为刀盘是一个面,设计空间大,有多种可能。
爬升单元及爬升装置
专利号:201821926207.1
在各种作业,尤其是电力行业的作业中,往往需要进行爬杆作业。传统的爬杆作业都是人工进行,即作业人员依靠各种辅助装置爬杆,来实现各种操作。这种方式有很大的限制,一方面,即使有辅助工具帮忙,爬杆作业依然是一项极度耗损体力的工作,对爬杆人员身体要求高;另一方面,爬杆作业危险很大,爬杆属于高处作业,具有坠落危险;再一方面,在杆上作业,增具有较高的作业难度。随着机器人行业的发展,爬杆机器人应运而生,用来取代人类来进行爬杆作业。操作机器人可以代替人类爬杆作业,避免了人工作业时体力下降对工作效率和人员安全的有害影响。 现有的爬杆机器人通常包括摩擦件和驱动机构,摩擦件用于与杆体形成竖向摩擦力,以抵消爬杆机器人重力,驱动装置用于驱动爬杆机器人沿杆体爬升。现有的爬杆机器人均是从杆体的一侧箍紧杆体,爬杆机器人对杆体的包围方式为半包围方式,当爬杆机器人在爬升期间受到横向不均匀受力时,容易从杆体上脱落,导致爬杆失败甚至坠毁。
鉴于此,我们设计了一种爬升单元和爬升装置,解决现有爬杆机器人在爬升期间受到横向不均匀受力时,容易从杆体上脱落的问题。
技术方案中,爬升单元作为实现爬升运动的核心部件,若干爬升单元由环形连接器串接后,若干爬升单元形成圈体,环抱整个杆体或位于管体之内。第一顶推机构顶推驱动机构,使驱动机构与杆体外壁或管体内壁相抵靠,驱动机构在杆体外壁或管体内壁上行走,以驱动爬升单元和环形连接器整体向上移动。由于若干个所述爬升单元可以被环形连接器串接以环保杆体,因此尤其组成的爬升装置在爬升期间受力均匀,当受到横向不均匀受力时,不易从杆体上脱落,具有更好的稳定性。足够的力矩以抵消自重的倾覆力矩,进一步爬升提高稳定性。
与现有技术相比,本实用新型具有以下有益效果:
1、第一顶推机构顶推驱动机构,使驱动机构与杆体外壁或管体内壁相抵靠,驱动机构在杆体外壁或管体内壁上行走,以驱动爬升单元和环形连接器整体向上移动。由于若干个所述爬升单元可以被环形连接器串接以环保杆体,因此尤其组成的爬升装置在爬升期间受力均匀,当受到横向不均匀受力时,不易从杆体上脱落,具有更好的稳定性。
2、爬升单元和环形连接器之间相互组合,一个环形连接器上可串接任意个爬升单元。因此可根据实际需要,将环形连接器与任意多个爬升单元组合,更具实用性。
3、本实用新型提供的爬升装置不仅可以沿杆体外壁爬升,还可以沿管体的内壁爬升,可用于深井或狭小空间救援或者清理工作,应用范围和领域更广。
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