[發明專利]一種足端軌跡可變的組裝式多足機器人和控制方法

有效

• 申請號: 202111004511.7
• 申請日: 2021-08-30
• 公開（公告）號: CN113696993B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 向平宇;王越;陳詞;陸豪健;熊蓉
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032;G05D1/08
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

發明公開了一種足端軌跡可變的組裝式多足機器人和控制方法，該機器人由若干個機器人單體通過磁性球接合而成，機器人由經PID算法控制的直流電機驅動，經由可調整的平面四連桿機構將直流電機的轉動轉化為擺動，在機器人的足端形成一個封閉曲線，使機器人向前運動，運動過程中電機的旋轉位置與速度由旋轉角度電位器采集給控制器，球型的磁性連接賦予了機器人一定的柔性，也使得機器人能夠進行延申拓展，在中間單體受損時仍能正常向前運動，本發明提供的組裝式多足機器人和控制方法實現簡單，且提高了機器人的魯棒性和可操作性。

技術領域

本發明涉及機器人應用平臺，屬于機器人控制領域，特別涉及一種足端軌跡可變的組裝式多足機器人和控制方法。

背景技術

自然界中，各類生物為適應復雜多變的生存環境，進化出令人驚嘆的本領與特征。這些優良的生物性能給人類創造與設計提供各種靈感。通過學習、模仿某些生物的特性及功能，可以提高人類對自然的適應和改造能力。因此，近年來，仿生機器人的研究引起了廣泛的關注，其中從蜈蚣身上汲取靈感的多足軟體機器人也逐漸成為一項熱點。現階段看來，足式機器人的環境適應能力比輪式和履帶式機器人強，能夠適應不同的復雜的地形條件，而多足機器人相比于傳統四足機器人對復雜地形條件有著更強的適應性，多節的身軀給予了多足機器人更高的靈活性，其身體結構可以隨著地形而進行一定程度上的彎曲調整，從整體上為機器人提供了更可靠的穩定性。

比例積分微分控制，簡稱PID控制，是最早發展起來的控制策略之一，由于其算法簡單、魯棒性好和可靠性高，被廣泛應用于工業過程控制和機器人控制，至今仍有90％左右的控制回路具有PID結構。簡單的說，根據給定值和實際輸出值構成控制偏差，將偏差按比例、積分和微分通過線性組合構成控制量，對被控對象進行控制。另一方面，平面四連桿機構是一種基礎的機械結構，在桿長條件的限制范圍內，調整各個桿子的相對長度，能將四桿機構區分為若干個變種，其中曲柄搖桿機構由于其能將轉動運動轉化為擺動，應用范圍最廣。

目前的大多機器人被設計為不可拆裝、結構固定、不可調整的結構，功能結構單一，靈活性不高，且一旦有一個部件損壞，整個系統就會受到影響而停止工作，魯棒性較差。

發明內容

本發明針對多足仿生機器人控制不便，魯棒性較差，用戶改造拓展自由度低的現狀，提出了一種足端軌跡可變的組裝式多足機器人和控制方法，該機器人結合PID控制和平面四連桿機構，在保持穩定性的前提下，能夠實現對機器人的運動結構進行設計改進，通過不同的組裝方式，可以得到參數不同的平行四桿機構，使得機器人的足端曲線得到調整，實現機器人不同的行進方式。除此之外，本發明將機器人設計為單獨的可組裝的單體，用磁性球進行各個單體之間的連接，方便用戶組裝拓展，同時在單體機器人受損時，其鄰接的兩個單體機器人能將受損單體撐起，在無人干預的情況下仍能向前運動。

為了達到本發明的目的，本發明采取如下技術方案：

本發明的其中一個目的在于提供一種足端軌跡可變的組裝式多足機器人，所述的多足機器人由若干個機器人單體通過磁性球接合而成；所述的機器人單體包括主體、直流電機、直流電機驅動板、機械足、旋轉角度電位器、控制器和電源；

所述的直流電機嵌入安裝在主體的左右兩側，由直流電機驅動板控制，每一個直流電機連接一個機械足，所述的旋轉角度電位器安裝在直流電機的輸出軸處，用于測量電機軸的旋轉角度；所述的控制器和電源安裝在主體上，所述的直流電機驅動板和旋轉角度電位器與控制器連接；

所述的機械足采用四連桿機構，包括曲柄、連桿和搖桿；所述搖桿的一端通過銷釘安裝在主體側面上部，曲柄與直流電機的輸出軸連接，位于搖桿的后下方，連桿的頂部與搖桿的另一端鉸接，連桿的中部與曲柄鉸接。

優選的，所述連桿所在平面位于垂直面上，與地面垂直。

優選的，所述的搖桿和連桿上設有等距排布的安裝孔位，搖桿上的孔位與連桿上的孔位鉸接。