物体重心平衡方法及测量装置、调节柱平衡部、调节运动支撑面平衡部与流程

本发明涉及物体重心平衡领域，具体涉及一种物体重心平衡方法及测量装置、调节柱平衡部、调节运动支撑面平衡部。

背景技术：

现在机器人很多，但是平衡是每个机器人的重点，好多机器人是通过夹角，或者扫描状态姿势来计算机器人的重心。如对于二脚行走机器人的平衡问题就比较复杂，实现平衡效果也并不理想。

基于上述已有技术，本申请人作了持久而有益的探索与反复的设计，并且进行了非有限次数的试验，终于找到了解决上述技术问题的办法并且形成了下面将要介绍的技术方案。

技术实现要素：

为解决现有技术的问题，本发明提供了一种物体重心平衡方法及测量装置、调节柱平衡部、调节运动支撑面平衡部。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种物体重心平衡方法，包括如下步骤：各个平衡部通过测量装置测量各个关节或者平衡部位的压力大小或者压力变化趋势，其中测量装置用于测量上述关节或者上述平衡部位之间的压力或压力的变化的装置，测量装置用于测拉力或者压力，其测量值不仅可以用于平衡，也可以用于控制其关节力度的大小，然后调整各个平衡部，实现所述物体的整体平衡，其测量装置位于所测量部位的上部或者下部。

所述平衡部包括支撑装置和测量装置，测量装置位于需要测量的部位或者需要测量的关节之间，支撑装置用于提供压力支撑或者拉力支撑，测量装置用于测量压力或者拉力，支撑装置和测量装置相连接，测量装置设置于支撑装置下部或者上部。

一种调节柱平衡部，由若干副支撑设置在主支撑上，通过测量装置测量副支撑设置在主支撑的压力或拉力，用于主支撑柱的平衡，所述调节柱平衡部用于:通过所述测量装置、副支撑、主支撑实现所述柱平衡部平衡。

一种调节运动支撑面平衡部，由若干副支撑位于主支撑四周，通过测量装置测量副支撑和主支撑的压力或拉力，用于主支撑上面的整体平衡，所述调节运动支撑面平衡部用于：通过所述测量装置、副支撑、主支撑实现所述平衡部平衡。

一种调节支撑面平衡部，由若干支撑分布于需要平衡的部位之间，通过测量装置测量支撑的压力或拉力，根据需要平衡部位的形状构建成一个可以调节平衡的部位，用于支撑上面的整体平衡，所述调节支撑面平衡部用于：通过所述测量装置，支撑实现所述平衡部平衡。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本设计相对简单，整个身体的平衡分解成若干个平衡关节和平衡部位，本发明是通过变形液压缸的液压的压强测量得出平衡关节和部位的接触性压力，通过测量各个平衡关节或者平衡部位的压力大小或者压力变化趋势进行重心平衡，不管机器人是什么姿势什么状态，或者是否负重，都可以快速平衡。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1是本发明中测量装置结构示意图。

图2是本发明中踝关节平衡部侧视结构示意图。

图3是本发明中踝关节平衡部俯视结构示意图。

图4是图2a处结构示意图。

图5是本发明中膝关节主视结构示意图。

图6是本发明中膝关节侧视结构示意图。

图7是本发明中大腿关节主视结构示意图。

图8是本发明中大腿关节侧视结构示意图。

图9是本发明中腰关节俯视结构示意图。

图10是本发明结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步详细说明,实施例仅用来说明本发明，并不限制本发明的范围。

如图1-10所示的一种物体重心平衡方法，包括如下步骤：将需要平衡的物体，分解成若干个平衡部；平衡部为关节或者部位；各个平衡部通过测量装置3测量各个关节或者平衡部位的压力大小或者压力变化趋势，其中测量装置3用于测量上述关节或者上述平衡部位之间的压力或压力的变化，测量装置3用于测拉力或者压力，其测量值不仅可以用于平衡，也可以用于控制其关节力度的大小，然后调整各个平衡部，实现所述物体的整体平衡，其测量装置3位于所测量部位的上部或者下部。

所述物体重心平衡方法，所述平衡部包括支撑装置和测量装置3，支撑装置用于提供压力支撑或者拉力支撑，支撑装置分有伸缩动力和无伸缩动力两种。测量装置3用于测量压力或者拉力，支撑装置和测量装置3相连接，测量装置3设置于支撑装置下部或者上部。

测量装置3包括缸体31、活塞32和液压出口33，缸体31内设置活塞32，活塞32包括活塞本体和活塞柱，缸体31和活塞32之间形成活塞腔321，活塞腔321内有液压油322，活塞腔321一侧设置液压出口33，液压出口33用于进出液压油和安装液压油管331，安装液压油管331与压力传感器332相连，压力传感器用于感应测量液压管331内液压油的压力变化，液压出口33外连接压力传感器332和液压泵（图中未示）。测量装置3根据部位不同可做不同的形状变化。虽然液压油体积随温度和压力大小有微小变化，但是对整个平衡影响不大。

一种调节柱平衡部，由若干副支撑设置在主支撑上，通过测量装置3测量副支撑的压力或拉力，用于主支撑柱的平衡。调节柱平衡部的特点是：若干个副支撑连接在主支撑柱上，调节支撑柱的平衡，比如踝关节平衡部5，为了达到脚的功能还有做成像脚的样子，采用了一个主支撑柱两个副支撑的基本结构。其中主支撑柱为小腿支撑杆522，副支撑分为踝关节伸缩部一54和踝关节伸缩部二55。

踝关节平衡部5，就是其中一种调节柱平衡部。踝关节平衡部5包括马达组件52、踝关节伸缩部一54、踝关节伸缩部二55、踝关节测量装置一31、踝关节测量装置二32和踝关节测量装置三33，马达组件52两侧对称设置踝关节伸缩部一54和踝关节伸缩部二55，马达组件52底部与踝关节测量装置一31相连接，踝关节伸缩部一54端部与踝关节测量装置二32相连接，踝关节伸缩部二55端部与踝关节测量装置三33相连接，踝关节测量装置一31、踝关节测量装置二32和踝关节测量装置三33与测量装置3结构一致，如果现在单脚离地，做单鸡独立的动作，这里有个不倒的范围值。不向前倒，后脚跟的压强不能低于零；不向后到，前面两个测量装置的压强也不能低于零；不向左倒，右边的小测量装置的压强值，不低于零；不向右倒，左边的测量装置，压力值不能低于零。根据这个范围，在根据踝关节测量装置一31、踝关节测量装置二32和踝关节测量装置三33的三个测力压力缸压强的变化趋势（那个测力液压缸压强越来越大，证明重心就靠那边，反之也一样），来调整踝关节以上的平衡关节。最终使踝关节达到平衡。理论的绝对平衡时，三个测力液压缸的压力压强值稳定不变，就是理论的绝对平衡。

马达组件52包括马达本体521和小腿支撑杆522，马达本体521固定于小腿支撑部51底部，小腿支撑部51为圆杆或圆筒状，马达本体521底部转轴与小腿支撑杆522相固定连接，马达本体521带动小腿支撑杆522转动，小腿支撑杆522与踝关节测量装置一31相连接，小腿支撑杆522两侧对称设置踝关节伸缩部一54和踝关节伸缩部二55，踝关节伸缩部一54和踝关节伸缩部二55一端与小腿支撑杆522相铰接连接，踝关节伸缩部一54和踝关节伸缩部二55可根据情况选用液压油缸，踝关节测量装置一31、踝关节测量装置二32和踝关节测量装置三33底部固定设置于踝关节底架50上。

小腿支撑杆522与踝关节测量装置一31通过球槽结构连接，踝关节伸缩部一54底部与踝关节测量装置二32通过球槽结构连接，踝关节伸缩部二55底部与踝关节测量装置三33通过球槽结构连接；球槽结构包括圆球531和凹槽3211，支撑杆53底部固定圆球531，踝关节测量装置一31的活塞32上端面固定凹槽321，凹槽3211为中空圆球形结构，凹槽3211开设于活塞32上，圆球531设置于凹槽3211内，圆球531的球心位于凹槽3211上端面下部，膝关节平衡部6由若干设置于外围的膝关节伸缩部和设置于膝关节伸缩部中间位置的膝关节支撑杆63组成，具体的膝关节伸缩部数量为两个，膝关节伸缩部和膝关节支撑杆63底部与膝关节测量装置相连接，膝关节测量装置结构与测量装置3结构相同，膝关节伸缩部一61、膝关节伸缩部二62、膝关节支撑杆63构成膝关节平衡部6，膝关节伸缩部和膝关节支撑杆63底部与膝关节测量装置通过球槽结构连接。因为膝关节只前后运动，不左右摆动。上面两个动力油缸，下面三个测力油缸。动力油缸能是下面的关节前后运动，为了现在运动方向，两个动力缸在平衡的时候，一个是全部收缩，一个是全部打开的状态。中间的膝关节支撑杆63的支撑点主要是支撑动力，其次在左右腿膝关节进行平衡的测量。两边的支撑点主要起这个关键的平衡作用。

一种调节运动支撑面平衡部，由若干副支撑位于主支撑四周，通过测量装置3测量副支撑和主支撑的压力或拉力，用于主支撑上面的整体平衡。调节运动支撑面平衡部特点是：一个主支撑四周若干副支撑，副支撑不仅在平衡状态下，用于平衡，在运动时，用其动力，进行运动。比如膝关节平衡部6和大腿关节平衡部7。

膝关节平衡部6就是一种调节运动支撑面平衡部，副支撑是膝关节伸缩部一61和膝关节伸缩部二62，主支撑是膝关节支撑杆63。膝关节平衡部6包括膝关节伸缩部一61、膝关节伸缩部二62、膝关节支撑杆63、膝关节测量装置一64、膝关节测量装置二65和膝关节测量装置三66，膝关节伸缩部一61和膝关节伸缩部二62设置于膝关节支撑杆63之间，膝关节伸缩部一61底部与膝关节测量装置一64相连接，膝关节支撑杆63底部与膝关节测量装置二65相连接，膝关节伸缩部二62底部与膝关节测量装置三66相连接，膝关节测量装置一64、膝关节测量装置二65和膝关节测量装置三66与测量装置3结构一致，膝关节伸缩部一61、膝关节伸缩部二62可根据情况选用液压油缸，膝关节伸缩部一61底部与膝关节测量装置一64通过球槽结构连接相连接，膝关节伸缩部二62底部与膝关节测量装置三66通过球槽结构连接相连接，膝关节支撑杆63底部与膝关节测量装置二65通过球槽结构连接，大腿关节平衡部7是一种调节运动支撑面平衡部，其中副支撑是大腿关节伸缩部71，主支撑是大腿关节支撑杆72，大腿关节平衡部7由若干设置于外围的大腿关节伸缩部71和设置于大腿关节伸缩部中间位置的大腿关节支撑杆72组成，具体的大腿关节伸缩部数量为四个，大腿关节伸缩部71和大腿关节支撑杆72底部均与大腿关节测量装置73相连接，大腿关节测量装置结构与测量装置3结构相同。大腿关节伸缩部与膝关节大腿关节伸缩部结构一致，大腿关节支撑杆与膝关节支撑杆结构一致此不再赘述，大腿关节伸缩部71和大腿关节支撑杆72底部与大腿关节测量装置73通过球槽结构连接。大腿关节的平衡，因为其关节不仅前后运动，左右也摆动，并且幅度都比较大，所以用五个支撑点平衡。周围四个主要起平衡左右，中间的一个大腿关节支撑杆72主要起支撑重力的作用，还有左右腿大腿关节相互平衡的测量。下面5个大腿关节测量装置73，上面四个动力油缸，主要作用是大腿关节的前后，左右四个方向的动力。膝关节平衡部和大腿关节平衡部由若干副支撑位于主支撑四周，用于主支撑上面的整体平衡。

一种调节支撑面平衡部，由若干支撑分布于需要平衡的部位之间，通过测量装置3测量支撑的压力或拉力，根据需要平衡部位的形状构建成一个可以调节平衡的部位，用于支撑上面的整体平衡，调节支撑面平衡部特点是：其部位不运动，但可以整体四周摆动，用于调节平衡，比如腰关节平衡部8、腹关节平衡部9等，不运动，可以摆动。其构架特点就是若干支撑，根据需要，分布在需要位置。

不同的平衡装置也可以用于手臂的不同部位。测量值可以用于控制其不同部位的力度的大小。

腰关节平衡部8是一种调节支撑面平衡部，其支撑为腰关节伸缩部81，腰关节平衡部8由若干设置于外围的腰关节伸缩部81组成，具体的腰关节伸缩部数量为六个，腰关节伸缩部81底部与腰关节测量装置82相连接，腰关节测量装置结构与测量装置3结构相同，腰关节伸缩部与膝关节大腿关节伸缩部结构一致，腰关节伸缩部81底部与腰关节测量装置82通过球槽结构连接。腰关节的平衡，其不仅可以向四周摆动，还可以一定限度的转动。进一步的可以是个椭圆型的框架，框架一层也可以，两层更好，也可以三层。这里优选的为两层。每一次就是一个独立的平衡支撑，两层就是上下两个独立的平衡支撑。每一层是有大小不一样的两个同心椭圆构成，同心椭圆之间加着动力液压缸或者测力液压缸（如图9所示）。最下面的两个圆中间加六个腰关节测量装置82的测力液压缸，最上面的一层是六个有支撑点的腰关节伸缩部81的动力的液压缸，一个动力液压缸和一个测压力的两个单独的连接在一起。下层的下边缘内侧，焊接大腿部上部分。腰关节平衡部由若干支撑分布需要平衡的部位之间，用于根据平衡部位的形状构建成一个可以调节平衡的部位。

腹关节平衡部9是一种调节支撑面平衡部，腹关节平衡部9和腰关节平衡部8结构一致，从胸部至腰部可以分解为若干组腹关节平衡部9和腰关节平衡部8从而进一步稳定机器人中心增加机器人的灵活性。

踝关节平衡部5、膝关节平衡部6、大腿关节平衡部7、腰关节平衡部8，脚掌与小腿部之间设置踝关节平衡部5，小腿部与大腿部之间设置膝关节平衡部6，大腿部与腰部之间设置腰关节平衡部8，腰部至胸部设置若干组腰关节平衡部8可以组成一种行走机器人平衡装置。

各个关节的平衡，构成整个身体的平衡。原则是先保证下面的平衡，一次往上：调整平衡时，是先让上面的平衡失去平衡，一次往下来调整。这和人一样。如果机器人左肩扛了东西，就失去平衡了，左侧测力压强就大，胸腔往右摆动，指导胸腔自己达到平衡，如果物体太重，胸腔不能调整平衡，还是左侧测力压强大，就往下个平衡传递了，下个平衡还是左侧压力大，这个平衡如果能够达到平衡，就平衡了，不能够就往下传递，直到平衡。当然重物不能超出机器人的承重范围。往前往后往左往右都是一个道理。直到平衡结束。

行走和跑步的平衡一样。使用时，首先给机器人一个指令，走路，机器人自己要打破平衡，身体往前倾，往前倾的同时，一个左脚做起步动作，人的身体也同时往右倾了，机器人逐步达到一个脚离地，一个脚支撑的短暂平衡状态，因为身体的前后重心偏前，所以机器人还要往前倾，等到支撑地的后脚后跟，为零的时候，就是另一个脚尖接触地的时候。就是这样行走的。其实就是利用机器人自己自我平衡的能力，再结合动作，来进行走和跑的。当然跑的时候，身体往前倾的幅度大点，腿和脚的动作快点就可以了。当然通过计算倾倒的时间，运动也可以在不倾倒的时间范围内，进行快速运动。

行走机器人的整体平衡，分解成了一个个承重关节的平衡与非承重关节的平衡。整个设计就是用变形液压缸测力，然后指导机器人进行工作，调整，达到平衡（就是静止），打破平衡（就是运动）。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“所示”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。