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CN108674515A - 一种脊柱型机器人及其转向跳跃的控制方法 - Google Patents

一种脊柱型机器人及其转向跳跃的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种脊柱型机器人及转向跳跃的控制方法，所述脊柱型机器人包括驱动机、机体前部、机体后部、用于实现转动的脊柱关节、左前腿、右前腿、左后腿和右后腿。所述控制方法包含以下步骤：a、驱动四足摆向内侧，机体前部和机体后部相对正；b、驱动四足摆向外侧，机体前部相对于机体后部朝转向方向运动；c、驱动四足摆动到外侧极限位置，机体前部相对于机体后部朝转向方向运动至极限位置，使机器人腾空直到左前腿和右前腿接触地面；d、驱动左前腿和右前腿向后摆动至极限位置，同时驱动机体后部相对于机体前部朝转向方向相反方向运动至极限位置，直到左后腿和右后腿接触地面；e、重复b至d，继续转向运动。本发明的控制方法稳定可靠。

Description

一种脊柱型机器人及其转向跳跃的控制方法
技术领域
本发明涉及机器人及其运动的控制方法，具体为一种脊柱型机器人及其转向跳跃的控制方法。
背景技术
四足机器人具有较强的地形适应能力，适用于灾后搜救、野外侦查、行星探索等复杂危险环境中的任务，因此成为移动机器人研究领域的一大热点。然而，现有的四足机器人多采用刚性躯干结构，在遇到无法通过的障碍物需要转向时，通常采用驱动左右腿以不同的步长运动或控制腿的侧摆关节运动的方法实现，转向效率较低。四足机器人做双足跳运动时，控制腿的侧摆关节运功的方法无法实现转向运动。目前，一些四足机器人在设计中引入了主动脊柱机构，以增强机器人的灵活性，但仍未对脊柱的偏航运动在四足机器人双足跳转向运动中的作用进行研究。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种能够提高转向效率的脊柱型机器人，以及一种脊柱型机器人转向跳跃的控制方法。
技术方案：本发明所述的一种脊柱型机器人，包括驱动机、若干腿、机体前部、机体后部、用于实现机体前部和机体后部相对转动的脊柱关节，脊柱偏航关节与驱动机相连，脊柱偏航关节包括凸缘和带有凹槽的连接体，凸缘和带有凹槽的连接体铰接，凸缘与机体前部固定连接，带有凹槽的连接体和机体后部固定连接。腿包括左前腿(6)、右前腿(7)、左后腿(8)和右后腿(9)，机体前部两侧分别铰接左前腿和右前腿，机体后部两侧分别铰接左后腿和右后腿，驱动机分别与左前腿、右前腿、左后腿、右后腿相连。
为了进一步提高跳跃转向的效率，带有凹槽的连接体包括脊柱俯仰关节，脊柱俯仰关节与驱动机相连，脊柱俯仰关节包括第一连接体和第二连接体，第一连接体与凸缘铰接，第二连接体与第一连接体铰接，第二连接体与机体后部固定连接。脊柱俯仰关节在转向跳跃时可随右前腿和左前腿向前摆动而向下弯曲，脊柱俯仰关节可随右前腿和左前腿向后摆动而向上弯曲。
本发明所述的一种脊柱型机器人转向跳跃的控制方法，包含以下步骤：
a、驱动左前腿和右前腿至后极限位置，驱动左后腿和右后腿至前极限位置，机体前部相对于机体后部转动至平衡位置，即机体前部和机体后部相对正；
b、驱动左前腿和右前腿向前摆动，驱动左后腿和右后腿向后摆动，同时驱动机体前部相对于机体后部朝转向方向运动，使左前腿和右前腿离开地面；
c、驱动左前腿和右前腿向前摆动至前极限位置，驱动左后腿和右后腿向后摆动至后极限位置，同时驱动机体前部相对于机体后部朝转向方向运动至极限位置，使左后腿和右后腿离开地面，机器人处于腾空状态，直到左前腿和右前腿接触地面；
d、驱动左前腿和右前腿向后摆动至后极限位置，驱动左后腿和右后腿向前摆动至前极限位置，同时驱动机体后部相对于机体前部朝转向方向相反方向运动至极限位置，直到左后腿和右后腿接触地面；
e、重复步骤b至d，继续转向运动。
工作原理：通过协调驱动左前腿、右前腿、左后腿、右后腿和脊柱偏航关节，使机器人在左前腿和右前腿离地时，机体前部朝转向方向运动，使机器人在左后腿和右后腿离地时，机体后部朝转向方向相反方向运动。左前腿、右前腿、左后腿、右后腿和脊柱偏航关节通过驱动机均可作为主动件带动其他部件运动。
有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：通过协调控制脊柱型机器人腿的运动和脊柱在偏航方向上的运动，实现脊柱型机器人在双足跳运动中的转向。通过脊柱在偏航方向上的运动，控制脊柱型机器人在双足跳运动中的转向，可以实现脊柱型机器人高效率的转向。本发明的控制方法，层次清晰，控制精确，运行稳定可靠。
附图说明
图1是本发明的脊柱型机器人的结构示意图。
图2是本发明的包含脊柱俯仰关节的脊柱型机器人的结构示意图。
图3(a)-(d)是本发明的脊柱型机器人双足跳运动的侧视图。
图4(a)-(d)是本发明的脊柱型机器人双足跳转向运动的示意图。
具体实施方式
如图1，脊柱型机器人有通过脊柱关节3连接的机体前部1、机体后部2，左前腿6和右前腿7铰接在机体前部1的两侧，左后腿8和右后腿9铰接在机体后部2的两侧，左前腿6、右前腿7、左后腿8、右后腿9可以前后摆动，即左前腿6、右前腿7均可沿着方向3和方向5转动，左后腿8、右后腿9均可沿着方向4和方向6转动，脊柱关节3与驱动机相连，脊柱关节3由凸缘4和带有凹槽的连接体5组成，凸缘4和带有凹槽的连接体5铰接，凸缘4与机体前部1固定连接，带有凹槽的连接体5和机体后部2固定连接，带有凹槽的连接体5可沿着偏航方向，即按方向1和方向2绕脊柱偏航关节3发生相对转动。本发明的驱动机为现有技术，可以驱动左前腿6、右前腿7、左后腿8、右后腿9及脊柱关节3可分别作为主动件。
如图2，为了进一步地提高跳跃转向的运动效率，带有凹槽的连接体5包括脊柱俯仰关节12，脊柱俯仰关节12与驱动机相连，脊柱俯仰关节12包括第一连接体10和第二连接体11，第一连接体10与凸缘4铰接，第一连接体10可沿着方向1和方向2发生相对转动，第二连接体11与第一连接体10铰接，第二连接体11与第一连接体10可沿着方向7和方向8发生相对转动，第二连接体11与机体后部2固定连接。脊柱俯仰关节12在转向跳跃时可随右前腿7和左前腿6向前摆动而向下弯曲，使机体前部1向上运动，脊柱俯仰关节可随右前腿7和左前腿6向后摆动而向上弯曲，使机体前部1向下运动。
如图3(a)-(d)是本发明脊柱型机器人在无脊柱俯仰关节12时双足跳运动的侧视图，具体的步骤如下：
a、驱动左前腿6和右前腿7至后极限位置，驱动左后腿8和右后腿9至前极限位置，机体前部4和机体后部5相对正，即凸缘4和带有凹槽的连接体5的中垂线处于同一直线上，如图3(a)所示；
b、驱动左前腿6和右前腿7向方向3摆动，驱动左后腿8和右后腿9按方向4摆动，使左前腿6和右前腿7离开地面13，如图3(b)所示；
c、继续驱动左前腿6和右前腿7按方向3摆动至前极限位置，驱动左后腿8和右后腿9按方向4摆动至后极限位置，使左后腿8和右后腿9离开地面13，机器人处于腾空状态，直到左前腿6和右前腿7接触地面13，如图3(c)、3(d)所示；
d、驱动左前腿6和右前腿7按方向5摆动至后极限位置，驱动左后腿8和右后腿9按方向6摆动至前极限位置，直到左后腿8和右后腿9接触地面13，如图3(d)、3(a)所示；
e、重复步骤b至步骤d，继续双足跳运动。
如图4(a)-(d)是脊柱型机器人在无脊柱俯仰关节12时双足跳转向运动的示意图，图中机器人做向左转向运动，具体的步骤如下：
a、驱动左前腿6和右前腿7至后极限位置，驱动左后腿8和右后腿9至前极限位置，同时驱动机体前部1相对于机体后部2转动至平衡位置，即机体前部1和机体后部2相对正，如图3(a)所示；
b、驱动左前腿6和右前腿7按方向3摆动，驱动左后腿8和右后腿9按方向4摆动，同时驱动机体前部1相对于机体后部2绕脊柱偏航关节3按方向2转动，使左前腿6和右前腿7离开地面13，同时机体前部1朝转向方向偏转，如图4(a)所示；
c、继续驱动左前腿6和右前腿7按方向3摆动至前极限位置，驱动左后腿8和右后腿9按方向4摆动至后极限位置，同时驱动机体前部1相对于机体后部2绕脊柱偏航关节3按方向2转动至极限位置，使左后腿8和右后腿9离开地面13，机体前部1朝转向方向偏转，机器人处于腾空状态，直到左前腿6和右前腿7接触地面13，如图4(b)、4(c)所示；
d、驱动左前腿6和右前腿7按方向5摆动至后极限位置，驱动左后腿8和右后腿9按方向6摆动至前极限位置，同时驱动机体后部2相对于机体前部1绕脊柱偏航关节3按方向2，即机体前部1相对于机体后部2绕脊柱偏航关节3按方向1，转动至极限位置，直到左后腿8和右后腿9接触地面13，如图4(c)、4(d)所示；
e、重复步骤b至步骤d，继续转向运动。
双足跳转向运动通过协调脊柱偏航关节3、左前腿6、右前腿7、左后腿8、右后腿9的运动来实现，可选择地，在运动中引入脊柱俯仰关节12的运动。

Claims (5)

1.一种脊柱型机器人，其特征在于：包括驱动机、若干腿、机体前部(1)、机体后部(2)和用于实现机体前部(1)、机体后部(2)相对转动的脊柱偏航关节(3)，所述脊柱偏航关节(3)与驱动机相连，所述脊柱关节(3)包括凸缘(4)和带有凹槽的连接体(5)，所述凸缘(4)和带有凹槽的连接体(5)铰接，所述凸缘(4)与机体前部(1)固定连接，所述带有凹槽的连接体(5)和机体后部(2)固定连接。
2.如权利要求1所述的一种脊柱型机器人，其特征在于：所述腿包括左前腿(6)、右前腿(7)、左后腿(8)和右后腿(9)，所述机体前部(1)两侧分别铰接左前腿(6)和右前腿(7)，所述机体后部(2)两侧分别铰接左后腿(8)和右后腿(9)，所述驱动机分别与左前腿(6)、右前腿(7)、左后腿(8)、右后腿(9)相连。
3.如权利要求1或2所述的一种脊柱型机器人，其特征在于：所述带有凹槽的连接体(5)为脊柱俯仰关节(12)，所述脊柱俯仰关节(12)与驱动机相连，所述脊柱关节(12)包括第一连接体(10)和第二连接体(11)，所述第一连接体(10)与凸缘(4)铰接，所述第二连接体(11)与第一连接体(10)铰接，所述第二连接体(11)与机体后部(2)固定连接。
4.如权利要求3所述的一种脊柱型机器人，所述脊柱俯仰关节在转向跳跃时可随右前腿(7)和左前腿(6)向前摆动而向下弯曲，所述脊柱俯仰关节可随右前腿(7)和左前腿(6)向后摆动而向上弯曲。
5.一种脊柱型机器人转向跳跃的控制方法，其特征在于包含以下步骤：
(a)驱动左前腿(6)和右前腿(7)至后极限位置，驱动左后腿(8)和右后腿(9)至前极限位置，机体前部(1)相对于机体后部(2)转动至平衡位置，即机体前部(1)和机体后部(2)相对正；
(b)驱动左前腿(6)和右前腿(7)向前摆动，驱动左后腿(8)和右后腿(9)向后摆动，同时驱动机体前部(1)相对于机体后部(2)朝转向方向运动，使左前腿(6)和右前腿(7)离开地面(12)；
(c)驱动左前腿(6)和右前腿(7)向前摆动至前极限位置，驱动左后腿(8)和右后腿(9)向后摆动至后极限位置，同时驱动机体前部(1)相对于机体后部(2)朝转向方向运动至极限位置，使左后腿(8)和右后腿(9)离开地面，机器人处于腾空状态，直到左前腿(6)和右前腿(7)接触地面(12)；
(d)驱动左前腿(6)和右前腿(7)向后摆动至后极限位置，驱动左后腿(8)和右后腿(9)向前摆动至前极限位置，同时驱动机体后部(2)相对于机体前部(1)朝转向方向相反方向运动至极限位置，直到左后腿(8)和右后腿(9)接触地面(12)；
(e)重复步骤(b)至(d)，继续转向运动。
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