[發(fā)明專利]具有滑行功能的輪腿結(jié)合式六足機(jī)器人及其控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210402761.4
• 申請日: 2022-04-18
• 公開（公告）號: CN114852209B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李貽斌;王慶三;陳騰;榮學(xué)文;張國騰;路廣林;畢健;陳欣
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032;G05D1/00
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 閆偉姣

1.具有滑行功能的輪腿結(jié)合式六足機(jī)器人，包括機(jī)器人本體，其特征在于，在所述機(jī)器人本體下側(cè)的后端安裝定向輪，前端安裝萬向輪；

所述定向輪，用于在六足機(jī)器人后腿蹬地力作用下，帶動所述機(jī)器人本體直線滑行；所述萬向輪，用于在六足機(jī)器人中間腿蹬地作用下，帶動所述機(jī)器人本體轉(zhuǎn)向滑行；

具有滑行功能的輪腿結(jié)合式六足機(jī)器人控制方法，采用了具有滑行功能的輪腿結(jié)合式六足機(jī)器人；包括：

處于懸浮態(tài)的腿保持初始狀態(tài)不動，處于運(yùn)動狀態(tài)的腿基于時(shí)間狀態(tài)機(jī)，對足端軌跡進(jìn)行規(guī)劃；基于位置控制的方法，對足端軌跡進(jìn)行關(guān)節(jié)電機(jī)伺服控制；

進(jìn)行前后滑行時(shí)，六足機(jī)器人后腿進(jìn)入運(yùn)動狀態(tài)，其它腿處懸浮態(tài)；基于時(shí)間狀態(tài)機(jī)，將運(yùn)動態(tài)劃分為支撐相和擺動相；分別規(guī)劃擺動相和支撐相的軌跡，然后通過正逆運(yùn)動學(xué)求解對應(yīng)關(guān)節(jié)角度，通過對關(guān)節(jié)電機(jī)角進(jìn)行控制；

右轉(zhuǎn)或左轉(zhuǎn)時(shí)，六足機(jī)器人對應(yīng)右側(cè)或左側(cè)中間的腿，進(jìn)入運(yùn)動態(tài)，其他腿并保持懸浮態(tài)；然后通過規(guī)劃六足機(jī)器人運(yùn)動軌跡，借助運(yùn)動學(xué)對電機(jī)角度進(jìn)行控制；

規(guī)劃六足機(jī)器人足端擺動相軌跡和支撐相軌跡；通過DH參數(shù)法建立足端軌跡與關(guān)節(jié)電機(jī)角度的映射，借助對關(guān)節(jié)電機(jī)的控制實(shí)現(xiàn)六足機(jī)器人運(yùn)動的控制。

2.如權(quán)利要求1所述的具有滑行功能的輪腿結(jié)合式六足機(jī)器人，其特征在于，所述六足機(jī)器人的前腿、中間腿和后退，均包括關(guān)節(jié)，以及通過關(guān)節(jié)連接的大腿和小腿；所述中間腿具有四自由度。

3.如權(quán)利要求1所述的具有滑行功能的輪腿結(jié)合式六足機(jī)器人，其特征在于，當(dāng)六足機(jī)器人后腿進(jìn)入運(yùn)動狀態(tài)后，其它各條腿處于懸空態(tài)，后腿蹬地，給與所述定向輪前向的力，在后腿蹬地力的作用下，前向或后向滑行；當(dāng)六足機(jī)器人一側(cè)的中間腿進(jìn)入運(yùn)動狀態(tài)后，其它各條腿處于懸空態(tài)，一側(cè)的中間腿蹬地，萬向輪在蹬地力的作用下，向另一側(cè)轉(zhuǎn)向。

4.具有滑行功能的輪腿結(jié)合式六足機(jī)器人控制方法，其特征在于，采用了如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的具有滑行功能的輪腿結(jié)合式六足機(jī)器人；包括：

處于懸浮態(tài)的腿保持初始狀態(tài)不動，處于運(yùn)動狀態(tài)的腿基于時(shí)間狀態(tài)機(jī)，對足端軌跡進(jìn)行規(guī)劃；基于位置控制的方法，對足端軌跡進(jìn)行關(guān)節(jié)電機(jī)伺服控制；

進(jìn)行前后滑行時(shí)，六足機(jī)器人后腿進(jìn)入運(yùn)動狀態(tài)，其它腿處懸浮態(tài)；基于時(shí)間狀態(tài)機(jī)，將運(yùn)動態(tài)劃分為支撐相和擺動相；分別規(guī)劃擺動相和支撐相的軌跡，然后通過正逆運(yùn)動學(xué)求解對應(yīng)關(guān)節(jié)角度，通過對關(guān)節(jié)電機(jī)角進(jìn)行控制；

右轉(zhuǎn)或左轉(zhuǎn)時(shí)，六足機(jī)器人對應(yīng)右側(cè)或左側(cè)中間的腿，進(jìn)入運(yùn)動態(tài)，其他腿并保持懸浮態(tài)；然后通過規(guī)劃六足機(jī)器人運(yùn)動軌跡，借助運(yùn)動學(xué)對電機(jī)角度進(jìn)行控制；

規(guī)劃六足機(jī)器人足端擺動相軌跡和支撐相軌跡；通過DH參數(shù)法建立足端軌跡與關(guān)節(jié)電機(jī)角度的映射，借助對關(guān)節(jié)電機(jī)的控制實(shí)現(xiàn)六足機(jī)器人運(yùn)動的控制。

5.如權(quán)利要求4所述的具有滑行功能的輪腿結(jié)合式六足機(jī)器人控制方法，其特征在于，對于x軸方向，利用三次曲線進(jìn)行規(guī)劃擺動相的軌跡，利用直線規(guī)劃支撐相的軌跡；對于y軸方向，保持初始位置；對于z軸方向，利用余弦函數(shù)對擺動軌跡進(jìn)行規(guī)劃，支撐相腿部采取恒定值。

6.如權(quán)利要求5所述的具有滑行功能的輪腿結(jié)合式六足機(jī)器人控制方法，其特征在于，對足端軌跡進(jìn)行關(guān)節(jié)電機(jī)伺服控制時(shí)，依據(jù)預(yù)設(shè)的運(yùn)動學(xué)模型計(jì)算關(guān)節(jié)電機(jī)角度，實(shí)現(xiàn)六足機(jī)器人腿部的運(yùn)動控制；

其中，建立運(yùn)動學(xué)模型時(shí)，分別建立軀干坐標(biāo)系、腿部坐標(biāo)系和足端坐標(biāo)系；所訴軀干坐標(biāo)系中，坐標(biāo)系固定在六足機(jī)器人的軀干上，原點(diǎn)位于六足機(jī)器人軀干質(zhì)心，三個(gè)坐標(biāo)軸的方向分別為軀干正前方、六足機(jī)器人側(cè)方和垂直于軀干向上；所述腿部坐標(biāo)系固定在六足機(jī)器人的側(cè)擺關(guān)節(jié)上，原點(diǎn)位于六足機(jī)器人腿部側(cè)擺關(guān)節(jié)質(zhì)心，三個(gè)坐標(biāo)軸的方向分別為軀干正前方、六足機(jī)器人側(cè)方和垂直于側(cè)擺關(guān)節(jié)向上；所述足端坐標(biāo)系固定在六足機(jī)器人的腿部足端上，原點(diǎn)位于六足機(jī)器人腿部足端中心，三個(gè)坐標(biāo)軸指向和DH參數(shù)法規(guī)定的方向相同。