[發明專利]彈跳機器人及其動量輪組件和姿態控制方法

在審

• 申請號: 202111005770.1
• 申請日: 2021-08-30
• 公開（公告）號: CN113829360A
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發明（設計）人: 宦紅倫;柳玉甜;李昌剛;李君
• 申請（專利權）人: 浙江萬里學院
• 主分類號: B25J11/00
• 分類號: B25J11/00;B25J9/16
• 代理公司: 重慶航圖知識產權代理事務所(普通合伙) 50247
• 代理人: 胡小龍

本發明公開了一種動量輪組件，包括輪臂，所述輪臂上設有與其轉動配合的輪軸，所述輪軸上設有與其同步轉動的動量輪，所述輪臂上還設有用于驅動所述輪軸轉動的動量輪驅動機構。本發明還公開了一種彈跳機器人，包括機器人本體，所述機器人本體包括基座，所述基座上環形均布設有至少兩個如上所述的動量輪組件，所述輪臂與所述基座固定連接。本發明還公開了一種彈跳機器人的姿態控制方法，可以調整彈跳機器人著陸姿態，避免因著陸點精度差、易側翻等危險情況。

技術領域

本發明屬于機器人技術領域，具體的為一種彈跳機器人及其動量輪組件和姿態控制方法。

背景技術

彈跳機器人的研究也得到廣泛的關注和迅猛的發展。彈跳是彈跳機器人最主要和最擅長的運動特征。公開號為CN110466635B的中國專利公開的一種電磁釋放彈跳機器人及羽毛球機器人和電磁釋放彈跳機構。現有的彈跳機器人在起跳后，整個機器人的質心沿起跳方向呈拋物線運動，在機器人完成捕捉、擊打等任務后，機器人的姿態會發生偏離。如果著陸時的姿態不當，導致機器人的重心偏移或者過于側傾，在著陸沖擊力作用下，機器人會發生側翻，極不利于系統的安全性和穩定性。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種彈跳機器人及其動量輪組件和姿態控制方法，可以調整彈跳機器人著陸姿態，避免因著陸點精度差、易側翻等危險情況。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

本發明首先提出了一種動量輪組件，包括輪臂，所述輪臂上設有與其轉動配合的輪軸，所述輪軸上設有與其同步轉動的動量輪，所述輪臂上還設有用于驅動所述輪軸轉動的動量輪驅動機構。

進一步，所述動量輪驅動機構包括伺服電機，所述伺服電機的輸出軸與所述輪軸之間設有傳動機構。

進一步，所述傳動機構包括相互嚙合的渦輪和蝸桿，所述渦輪的轉軸與所述伺服電機的輸出軸之間傳動連接，所述蝸桿套設在所述輪軸上并與所述輪軸同步轉動。

進一步，所述輪軸的兩端分別設有所述動量輪。

本發明還提出了一種彈跳機器人，包括機器人本體，所述機器人本體包括基座，所述基座上環形均布設有至少兩個如上所述的動量輪組件，所述輪臂與所述基座固定連接。

進一步，所述基座上環形均布設有兩個或三個所述的動量輪組件。

進一步，所述基座和用于執行動作的執行連桿。

本發明還提出了一種適用于如上所述彈跳機器人的姿態控制方法，包括如下步驟：

1)以所述彈跳機器人的質心以及所述彈跳機器人各關節的旋轉角構建廣義坐標；

2)計算彈跳機器人的總動能E_k和總勢能E_p，得到拉格朗日函數：L＝E_k-E_p；

3)根據拉格朗日函數得到彈跳機器人的動力學方程：

其中，τ_i是廣義力；q_i是廣義坐標；是廣義速度；

將動力學方程改寫為狀態方程形式：

其中，表示彈跳機器人的狀態方程；

X為系統狀態變量，且：即X(t)∈R²ⁿ，R²ⁿ表示2n維實向量空間；x_c0,y_c0,z_c0分別表示彈跳機器人的質心坐標；表示質心速度；θ_j表示彈跳機器人各關節的旋轉角；表示彈跳機器人各關節的旋轉角速度；j＝0,1,...,n-3；