一种轮式双足机器人及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种轮式双足机器人及其控制方法，属于双足轮腿机器人技术领域，解决现有技术中双足轮腿机器人连续工作时间短，作用单一，移动效率低，不能适应复杂环境的技术问题。它包括躯干部以及分别与所述躯干部连接的行走部和工作部；所述躯干部包括一对中间板，所述中间板之间设置有多个支撑杆；一对所述中间板之间分别设置有电池组件、驱动器组件、编码器组件以及主控组件；行走部包括主动腿、从动腿以及小腿；作业部包括底座，所述底座设置于所述躯干部的下部，所述底座上设置有卡钳组件。本发明专利技术轮式双足机器人及其控制方法，能够更好的用于用于科研、医疗器械、物流运输、环境勘探、灾区搜救等工作，稳定性好，适应性强。适应性强。适应性强。

【技术实现步骤摘要】
一种轮式双足机器人及其控制方法


[0001]本专利技术涉及双足轮腿机器人
，具体涉及一种轮式双足机器人及其控制方法。

技术介绍

[0002]目前，针对脚足机器人的研究，主要集中在双足和四足。地面移动机器人已经在资源勘探和灾难救援等多领域得到广泛应用，轮足复合机器人能够结合轮式运动速度快、平稳性高和足式运动的高越障性能等多方面优势，在理论创新和工程技术方面均有重要的研究价值。对近年来国内外轮足复合机器人的机械结构进行分析和比较，将轮足机构复合方式主要分为四类进行列举和总结。针对多模态运动的优势展开分析，列举轮足复合机器人主要采用的运动建模、规划和控制策略，不仅涉及单独的足式运动和轮式运动，同时涉及足端越障、变构型避障、轨迹规划的轮足复合运动。
[0003]在关节驱动方案上，普遍采用电机驱动。由于结构和材料的限制使得机器人的移动效率低下，不适合长期运转与高效工作，缺乏主动适应不同路面的能力，难以适应复杂的非结构化环境。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种轮式双足机器人及其控制方法，以解决现有技术中双足轮腿机器人连续工作时间短，作用单一，移动效率低，不能适应复杂环境的技术问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0006]本专利技术提供的一种轮式双足机器人，包括躯干部以及分别与所述躯干部连接的行走部和工作部，包括：
[0007]躯干部，所述躯干部包括一对中间板，所述中间板之间设置有多个支撑杆；一对所述中间板之间分别设置有电池组件、驱动器组件、编码器组件以及主控组件；所述中间板的外侧设置有驱动电机一，所述驱动电机一的输出轴连接有带轮一；
[0008]行走部，包括主动腿、从动腿以及小腿；所述主动腿包括主动腿支架，所述主动腿支架的一端连接有带轮二，所述主动腿支架的另一端与所述小腿相连接，所述带轮一与所述带轮二之间连接有同步带，所述带轮二通过带轮支架与所述中间板连接；所述从动腿包括从动腿支架以及分别与所述从动腿支架连接的从动腿上支架和从动腿下支架；所述从动腿上支架与所述躯干部连接，所述从动腿下支架与所述小腿相连接；
[0009]作业部，包括底座，所述底座设置于所述躯干部的下部，所述底座上设置有卡钳组件。
[0010]可选的或优选的，所述小腿包括小腿支架，所述小腿支架的一端连接有小腿臂，所述小腿臂远离所述小腿支架的一端连接有驱动电机二，所述驱动电机二的输出轴连接有行动轮；所述驱动电机二上连接有电机编码器；
[0011]可选的或优选的，所述小腿支架的另一端分别连接有全向轮内支架和全向轮外支
架，所述全向轮内支架和全向轮外支架之间且远离所述小腿支架的一侧设置有全向轮。
[0012]可选的或优选的，所述全向轮外支架贴合连接于所述小腿支架的外壁；所述全向轮内支架与所述小腿支架内壁之间设置有间隙，且所述全向轮内支架和全向轮外支架之间通过多个塞打螺丝进行固定。
[0013]可选的或优选的，所述卡钳组件包括驱动电机三，所述驱动电机三的输出轴连接有转动盘，所述转动盘的两端分别连接有弯板，所述弯板的一端连接有卡钳。
[0014]可选的或优选的，所述中间板之间分别设置有支撑架一、支撑架二、支撑架三和支撑架四；所述支撑架一用于固定所述主控组件；所述支撑架二用于固定所述驱动器组件；所述支撑架三用于固定所述编码器组件；所述支撑架四用于固定所述电池组件。
[0015]可选的或优选的，所述驱动电机一远离所述作业部的一侧设置有后侧板，所述从动腿上支架与所述后侧板活动连接。
[0016]一种轮式双足机器人的控制方法，包括通过所述驱动电机一驱动的关节运动和所述驱动电机二驱动的足端运动；
[0017]所述足端运动的控制方法包括以下步骤：
[0018]S1、建立轮式平面动力学模型；
[0019]S2、建立轮式转向动力学模型；
[0020]所述关节运动的控制方法包括以下步骤：
[0021]S3、建立腿部支撑运动学模型；
[0022]S4、建立腿部跳跃运动学模型。
[0023]可选的或优选的，S1中和S2中建立轮式平面动力学模型和轮式转向动力学模型的方法为：对驱动轮分别建立力、力矩平衡方程，以及质心平移后的力、力矩平衡方程，以得到完整的驱动轮动力学模型和转向动力学模型。
[0024]可选的或优选的，S3中建立腿部支撑运动学模型的方法为：通过对腿部杆件的运动分析，假设机器人足端点在设定范围内做近似直线运动，计算出机器人关节电机转角与足端高度的关系，通过多次线性拟合得出多项式，以便控制器可以直接将机器人机体高度映射到关节电机转角上，同时对机器人机体建立姿态控制矩阵，使得遥控器可以控制机器人的横滚角、偏航角；
[0025]S4中建立腿部跳跃运动学模型的方法为：在对机器人腿部杆件、关节连接方式、数量、类型确定后，根据机器人的运动状态和目标，对机器人足端点的运动速度进行控制，结合能量的转化和损失、重心控制、落地冲击、负载因素的影响，建立相应的腿部跳跃运动学方程，得到能够使得机器人离开地面所需要的最低跳跃速度和最高跳跃速度。
[0026]基于上述技术方案，本专利技术实施例至少可以产生如下技术效果：
[0027](1)本专利技术提供的一种轮式双足机器人通过适应性强，通过行走部中主动腿、从动腿、小腿以及相互配合设置，能够适应不同的路面环境，且可以实现通过台阶、低矮通道等复杂地形；
[0028](2)通过肘部设置有全向轮，可以更好的帮助机器人的启停，保持机器人的稳定性，同时可以避免机器人在收到剧烈冲击时不被破坏；
[0029](3)通过可拆卸连接有工作部，以适应多种工作内容以及工作环境。
附图说明
[0030]图1是本专利技术轮式双足机器人的整体结构示意图；
[0031]图2是本专利技术轮式双足机器人躯干部的结构示意图；
[0032]图3是本专利技术轮式双足机器人躯干部的仰视图；
[0033]图4是本专利技术轮式双足机器人卡钳组件的结构示意图一；
[0034]图5是本专利技术轮式双足机器人卡钳组件的仰视图；
[0035]图6是本专利技术轮式双足机器人主动腿的结构示意图；
[0036]图7是本专利技术轮式双足机器人从动腿的结构示意图；
[0037]图8是本专利技术轮式双足机器人小腿的结构示意图一；
[0038]图9是本专利技术轮式双足机器人小腿的结构示意图二。
[0039]图中：1、中间板；2、支撑杆；3、主动腿；31、主动腿支架；4、从动腿；41、从动腿支架；42、从动腿上支架；43、从动腿下支架；5、小腿；51、小腿支架；52、小腿臂；53、全向轮内支架；54、全向轮外支架；55、塞打螺丝；6、带轮一；7、驱动电机一；8、带轮二；9、同步带；10、卡钳；11、底座；12、支撑架一；13、支撑架二；14、支撑架三；15、支撑架四；16、驱动电机二；17、行动轮；18、电机编码器；19、全向轮；20、驱动电机三；21、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轮式双足机器人，包括躯干部以及分别与所述躯干部连接的行走部和工作部，其特征在于：躯干部，所述躯干部包括一对中间板(1)，所述中间板(1)之间设置有多个支撑杆(2)；一对所述中间板(1)之间分别设置有电池组件(27)、驱动器组件(25)、编码器组件以及主控组件(26)；所述中间板(1)的外侧设置有驱动电机一(7)，所述驱动电机一(7)的输出轴连接有带轮一(6)；行走部，包括主动腿(3)、从动腿(4)以及小腿(5)；所述主动腿(3)包括主动腿支架(31)，所述主动腿支架(31)的一端连接有带轮二(8)，所述主动腿支架(31)的另一端与所述小腿(5)相连接，所述带轮一(6)与所述带轮二(8)之间连接有同步带(9)，所述带轮二(8)通过带轮支架(23)与所述中间板(1)连接；所述从动腿(4)包括从动腿支架(41)以及分别与所述从动腿支架(41)连接的从动腿上支架(42)和从动腿下支架(43)；所述从动腿上支架(42)与所述躯干部连接，所述从动腿下支架(43)与所述小腿(5)相连接；作业部，包括底座(11)，所述底座(11)设置于所述躯干部的下部，所述底座(11)上设置有卡钳组件。2.根据权利要求1所述的轮式双足机器人，其特征在于：所述小腿(5)包括小腿支架(51)，所述小腿支架(51)的一端连接有小腿臂(52)，所述小腿臂(52)远离所述小腿支架(51)的一端连接有驱动电机二(16)，所述驱动电机二(16)的输出轴连接有行动轮(17)；所述驱动电机二(16)上连接有电机编码器(18)。3.根据权利要求2所述的轮式双足机器人，其特征在于：所述小腿支架(51)的另一端分别连接有全向轮内支架(53)和全向轮外支架(54)，所述全向轮内支架(53)和全向轮外支架(54)之间且远离所述小腿支架(51)的一侧设置有全向轮(19)。4.根据权利要求3所述的轮式双足机器人，其特征在于：所述全向轮外支架(54)贴合连接于所述小腿支架(51)的外壁；所述全向轮内支架(53)与所述小腿支架(51)内壁之间设置有间隙，且所述全向轮内支架(53)和全向轮外支架(54)之间通过多个塞打螺丝(55)进行固定。5.根据权利要求1所述的轮式双足机器人，其特征在于：所述卡钳组件包括驱动电机三(20)，所述驱动电机三(20)的输出轴连接有转动盘(...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄波，邹应辉，方浩，杨泽宇，雷鑫，罗佳怡，李自强，刘有福，张瑞，许丰活，
申请(专利权)人：四川轻化工大学，
类型：发明
国别省市：