一种多模态双机械臂轮足机器人及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种多模态双机械臂轮足机器人及其控制方法，该机器人包括：机身、两个对称安装于机身两侧的腿部以及两个对称安装于机身前端的机械臂；每个所述腿部均包括：大腿部、小腿部、辅助轮、主动轮、轮毂电机、大腿驱动电机、小腿驱动电机及传动组件；当轮足机器人处于轮足式运动状态时，所述腿部通过主动轮抵触在地面上，实现足式行走；当轮足机器人处于四轮式运动状态时，所述腿部通过主动轮和辅助轮抵触在地面上，实现轮式行走。本发明专利技术能够实现机器人在轮足机器人和四轮机器人、轮足机器人和多足机器人的切换，不仅缩小了足端惯量，还能提升运动速度，提高能量的利用率。提高能量的利用率。提高能量的利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种多模态双机械臂轮足机器人及其控制方法


[0001]本专利技术属于机器人
，具体涉及一种多模态双机械臂轮足机器人及其控制方法。

技术介绍

[0002]双足机器人是一种仿生类型的机器人，能够实现机器人的双足行走和相关动作，并且拥有无与伦比的自由度与灵活性，在未来的工业生产与日常生活中，类人型双足行走机器人可以在驮物、抢险等一系列危险或繁重的工作中更好的协助人类。尽管双足机器人可以适用于人类生活的许多方面，但其在结构化地形下移动慢、效率低、能耗高等特点依然是其走向社会应用的阻碍。
[0003]目前机器人主要分为双足机器人和四足机器人两种：双足机器人模仿了人体结构，具有使用场景广泛、越障能力强的特点，但其前进速度较慢，负载能力差且不易稳定；四足机器人模仿了动物体结构，前进速度较快且运动稳定，负载能力较强，但其功能较为单一，灵活性较差，对使用场景有一定的限制。
[0004]另外，目前机器人研究领域的足式机器人多为双足机器人和四足机器人两种，每台机器人作为一个单体相对独立，模态单一，双足机器人负载有限，四足机器人又会与狭窄地形产生干涉。
[0005]轮式机器人是一种较为传统的移动机器人构型，其动力学特性简单、稳定性高、能效比高，在当今社会有着广泛的应用。相较于双足机器人，轮式机器人技术成熟、可靠性高、能耗也较低，在结构化地形下具备高速通过和低能耗的特性。
[0006]如何既保持非结构化地形下越障能力，又不牺牲结构化地形通过速度是双足机器人的发展方向之一。虽然先进的双足机器人能够在复杂环境中灵活机动，但是这类机器人在常规地形的能源利用率和平均速度均远低于轮式机器人，具有显著的缺陷。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术提供了一种多模态双机械臂轮足机器人及其控制方法，能够实现机器人在轮足机器人和四轮机器人、轮足机器人和多足机器人的切换，不仅缩小了足端惯量，还能提升运动速度，提高能量的利用率。
[0008]本专利技术是通过下述技术方案实现的：
[0009]一种多模态双机械臂轮足机器人，包括：机身、两个对称安装于机身两侧的腿部以及两个对称安装于机身前端的机械臂；
[0010]每个所述腿部均包括：大腿部、小腿部、辅助轮、主动轮、轮毂电机、大腿驱动电机、小腿驱动电机及传动组件；
[0011]所述大腿部的顶端通过大腿轴铰接于所述机身的髋关节处；所述小腿部的顶端通过传动组件铰接于大腿部的底端；小腿部的足端安装有主动轮，轮毂电机的输出轴与主动轮同轴固定连接，用于驱动主动轮的转动；所述辅助轮安装在小腿部的顶端；辅助轮和主动
轮的轴线平行，均位于大腿部的外侧；
[0012]大腿驱动电机和小腿驱动电机并列设置在机身的髋关节处；大腿驱动电机的输出轴与大腿部的大腿轴同轴连接，用于驱动大腿部相对机身的转动，小腿驱动电机用于通过传动组件驱动小腿部相对大腿部的转动；
[0013]当轮足机器人处于轮足式运动状态时，所述腿部通过主动轮抵触在地面上，实现足式行走；当轮足机器人处于四轮式运动状态时，所述腿部通过主动轮和辅助轮抵触在地面上，实现轮式行走。
[0014]进一步的，所述小腿部的足端内侧设有限位凹槽，机身的前端设有限位凸缘；当轮足机器人处于四轮式运动状态时，小腿部的限位凹槽与机身的限位凸缘啮合。
[0015]进一步的，所述传动组件安装在大腿部的外壳的内侧上，包括：同步带、第一同步轮及第三同步轮；
[0016]所述第一同步轮安装在大腿部的外壳的顶端，第三同步轮安装在大腿部的外壳的底端，第一同步轮和第三同步轮的轴线平行；同步带绕装在第一同步轮和第三同步轮之间；第一同步轮与小腿驱动电机的输出轴同轴连接，小腿部的顶端与第三同步轮连接，实现小腿部与大腿部的铰接。
[0017]进一步的，所述传动组件还包括第二同步轮；
[0018]第二同步轮安装在大腿部的外壳的中部，位于第一同步轮和第三同步轮之间；且第二同步轮与第一同步轮的轴线平行，第一同步轮、第二同步轮及第三同步轮呈直线排列；第二同步轮同时与同步带啮合。
[0019]进一步的，每个所述机械臂均包括：大臂部、小臂部及机械臂驱动电机；所述大臂部包括：大臂支架、大臂驱动电机及连接关节；所述小臂部包括：小臂支架、软体抓球及小臂驱动电机；
[0020]机械臂驱动电机固定在机身的前端；连接关节与机械臂驱动电机的输出轴连接；
[0021]所述大臂驱动电机安装在所述连接关节上，且大臂驱动电机的输出轴与机械臂驱动电机的输出轴轴线垂直；
[0022]所述大臂支架的一端与大臂驱动电机的输出轴连接，大臂支架的另一端安装有小臂驱动电机；且大臂驱动电机的输出轴与小臂驱动电机的输出轴轴线平行；
[0023]所述小臂支架的一端与小臂驱动电机的输出轴连接，小臂支架另一端设有软体抓球，软体抓球用于辅助夹持抓取的物品；
[0024]所述机械臂驱动电机用于驱动机械臂整体发生沿垂直于机身方向的转动；大臂驱动电机用于驱动大臂部发生相对机身的俯仰运动，小臂驱动电机用于驱动小臂部发生相对大臂部的俯仰运动。
[0025]进一步的，所述小臂支架与大臂支架的铰接处安装有吸附铁，机身尾部设有电磁铁和电子开关；电子开关用于控制电磁铁的通断；当小臂部配合大臂部摆动到指定位置时，吸附铁可与其它机器人的机身尾部的电磁铁相吸，从而首尾拼接成多足机器人。
[0026]进一步的，所述机身下方固定有惯导模块和控制器，惯导模块用于检测机器人在导航坐标系中的运动信息，并将上述运动信息发送给控制器；所述运动信息包括机器人的速度、偏航角和位置；
[0027]所述轮毂电机还用于反馈机器人的轮毂速度；大腿驱动电机、小腿驱动电机、机械
臂驱动电机、大臂驱动电机及小臂驱动电机还用于反馈各自的电机转动的角度信息；
[0028]控制器根据运动信息、轮毂速度、大腿驱动电机和小腿驱动电机的电机转动的角度信息，控制大腿驱动电机和小腿驱动电机及轮毂电机的工作，进而控制机器人在轮足式运动状态和四轮式运动状态之间的转换及轮毂速度的调整；此外，控制器根据机械臂驱动电机、大臂驱动电机及小臂驱动电机的电机转动的角度信息，控制机械臂的机械臂驱动电机、大臂驱动电机及小臂驱动电机完成指定的转动，实现机械臂的抓取动作。
[0029]一种多模态双机械臂轮足机器人的控制方法，该控制方法为：
[0030]所述机器人的运动状态包括轮足式运动状态和四轮式运动状态：
[0031]当机器人处于轮足式运动状态时，机器人内置的控制器通过大腿驱动电机和小腿驱动电机控制机器人的腿部姿态，具体实施步骤如下：
[0032]1)机器人上内置的惯导模块、轮毂电机、大腿驱动电机、小腿驱动电机给控制器反馈机器人的运动信息、轮毂速度、电机转动的角度信息；
[0033]2)控制器根据机器人的运动信息、轮毂速度、电机转动的角度信息进行闭环调整，生成调整信息，并将该调整信息传递至控制器内置的关节解算单元；
[0034]3)关节解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多模态双机械臂轮足机器人，其特征在于，包括：机身、两个对称安装于机身两侧的腿部以及两个对称安装于机身前端的机械臂；每个所述腿部均包括：大腿部、小腿部、辅助轮、主动轮、轮毂电机、大腿驱动电机、小腿驱动电机及传动组件；所述大腿部的顶端通过大腿轴铰接于所述机身的髋关节处；所述小腿部的顶端通过传动组件铰接于大腿部的底端；小腿部的足端安装有主动轮，轮毂电机的输出轴与主动轮同轴固定连接，用于驱动主动轮的转动；所述辅助轮安装在小腿部的顶端；辅助轮和主动轮的轴线平行，均位于大腿部的外侧；大腿驱动电机和小腿驱动电机并列设置在机身的髋关节处；大腿驱动电机的输出轴与大腿部的大腿轴同轴连接，用于驱动大腿部相对机身的转动，小腿驱动电机用于通过传动组件驱动小腿部相对大腿部的转动；当轮足机器人处于轮足式运动状态时，所述腿部通过主动轮抵触在地面上，实现足式行走；当轮足机器人处于四轮式运动状态时，所述腿部通过主动轮和辅助轮抵触在地面上，实现轮式行走。2.如权利要求1所述的一种多模态双机械臂轮足机器人，其特征在于，所述小腿部的足端内侧设有限位凹槽，机身的前端设有限位凸缘；当轮足机器人处于四轮式运动状态时，小腿部的限位凹槽与机身的限位凸缘啮合。3.如权利要求1所述的一种多模态双机械臂轮足机器人，其特征在于，所述传动组件安装在大腿部的外壳的内侧上，包括：同步带、第一同步轮及第三同步轮；所述第一同步轮安装在大腿部的外壳的顶端，第三同步轮安装在大腿部的外壳的底端，第一同步轮和第三同步轮的轴线平行；同步带绕装在第一同步轮和第三同步轮之间；第一同步轮与小腿驱动电机的输出轴同轴连接，小腿部的顶端与第三同步轮连接，实现小腿部与大腿部的铰接。4.如权利要求3所述的一种多模态双机械臂轮足机器人，其特征在于，所述传动组件还包括第二同步轮；第二同步轮安装在大腿部的外壳的中部，位于第一同步轮和第三同步轮之间；且第二同步轮与第一同步轮的轴线平行，第一同步轮、第二同步轮及第三同步轮呈直线排列；第二同步轮同时与同步带啮合。5.如权利要求1
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4任一项所述的一种多模态双机械臂轮足机器人，其特征在于，每个所述机械臂均包括：大臂部、小臂部及机械臂驱动电机；所述大臂部包括：大臂支架、大臂驱动电机及连接关节；所述小臂部包括：小臂支架、软体抓球及小臂驱动电机；机械臂驱动电机固定在机身的前端；连接关节与机械臂驱动电机的输出轴连接；所述大臂驱动电机安装在所述连接关节上，且大臂驱动电机的输出轴与机械臂驱动电机的输出轴轴线垂直；所述大臂支架的一端与大臂驱动电机的输出轴连接，大臂支架的另一端安装有小臂驱动电机；且大臂驱动电机的输出轴与小臂驱动电机的输出轴轴线平行；所述小臂支架的一端与小臂驱动电机的输出轴连接，小臂支架另一端设有软体抓球，软体抓球用于辅助夹持抓取的物品；所述机械臂驱动电机用于驱动机械...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋文杰，刘昊，张瑞，刘洧铖，孙双园，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：