[发明专利]一种空中任意姿态至落地姿态自调整的四足机器人

说明书

本发明公开了一种空中任意姿态至落地姿态自调整的四足机器人，其包括有舵机控制单元、舵机和四足机器人。该四足机器人具有躯干本体与能进行空间二自由度运动的腿单元，通过腿单元不同方向的圆锥摆运动，使其从空间的任何姿态都能调整为落地姿态到达地面。四足机器人的四条腿单元上分别安装有舵机，舵机受控于舵机控制单元输出的舵机指令。舵机控制单元采用X轴→Y轴→Z轴的调节顺序进行各个舵机控制。采用本发明机器人承载卫星结构体时，能够实现卫星平稳落地的无外力作用下的姿态调整。

技术领域

本发明涉及一种四足机器人，更特别地说，是指一种空中任意姿态至落地姿态自调整的四足机器人。本发明机器人能够实现卫星平稳落地在空间无外力情况下的姿态调整。

背景技术

近些年来，在机器人的研究中，特别是仿生四足机器人的研究一直倍受人们关注。随着机器人工作环境和工作任务的复杂化，要求机器人具有更高的运动灵活性和在特殊未知环境的适应性，如跳跃、高空作业下落过程中需要对机器人的姿态进行控制。

申请公布号CN103112513A，申请公布日2013年05月22日，公布了“一种具有姿态调整功能的仿蝗虫机器人”，该仿蝗虫机器人利用尾部的摆动使机器人进行俯仰偏转。

但是，由于在空中没有外力作用目前机器人的空中姿态控制较为困难，一般局限在单自由度、小范围调整运动上，无法实现机器人整体的任意姿态调整；而如通过使用飞轮等器件使机器人进行姿态调整，则增大了机器人的体积、质量以及系统复杂性。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种空中任意姿态至落地姿态自调整的四足机器人。该四足机器人通过四个腿单元的圆锥摆运动对其空中姿态进行控制与调整，无需增加额外的调整机构或设备，能够广泛运用到机器人与航天器领域中。本发明四足机器人可用于具有多个工作机械臂卫星在太空无重力环境下的姿态调整。

本发明的另一目的是提出一种适用于四足机器人的空中姿态变换的姿态控制方法，该姿态控制方法只利用四足机器人的四肢的圆锥摆运动来实现无外力作用下任意姿态的调整。本发明将空间任意姿态调整分解为正交的三个方向(X、Y、Z轴指向)的转动，最终使机器人调整到一个合适的(固定的，能减小损害的)姿态迎接落地(或其他所需姿态)，然后通过腿部不同方式的摆动达到目标姿态。在本发明设计的四足机器人机构上每一个腿单元的自由度数大于2，利用关节架承载舵机实现腿单元的圆锥摆运动(即腿单元绕某一定点转动，腿单元掠过的路径为圆锥表面)。该姿态控制方法简单明了，无需引入额外机构与空间，能较好地应用于各类四足机器人的设计和控制中，增加机器人在空中的灵活性。本发明中的控制方法适用于高空作业等有掉落风险的四足机器人，实现机器人与承担物的自保，也可运用于具有工作机械臂的航天器的姿态调整。