[发明专利]一种适用于非结构化地形的多运动模式移动并联机构及其步态控制方法

说明书

本发明公开了一种适用于非结构化地形的多运动模式移动并联机构及步态控制方法，包括上平台、下平台、虎克铰组件和连杆；其中，上平台和下平台之间间隔性的相对平行设置，在上、下平台的端部安装虎克铰组件，并与虎克铰组件转动连接；在每个虎克铰组件远离上、下平台的一端安装舵机，且在上、下平台相同一端的虎克铰组件之间安装连杆。步态控制方法包括全姿态滚动模式、变宽度滚动模式、切换模式和侧滚模式。本发明有益效果是：适应性好，极具应用前景；整体采用并联机构，与传统的开链机构相比，具有结构简单、刚度好，承载能力高的优点。可折叠多运动模式移动并联机构，机构中的舵机可以采用分时控制，可实现不同模式间的自由切换。

技术领域：

本发明属于移动并联机器人领域，尤其涉及一种多运动模式的移动并联机构。

背景技术：

随着机器人的发展热潮，移动机器人已经应用于很多领域，例如消防灭火、月球探索、军事侦察、以及反恐排爆等自主作业任务，作业环境往往是平坦与崎岖共存的多重特征任务环境，单一运动方式的机器人已无法适应复杂多变的环境，因此，多模式移动机构是当今移动机器人发展的需求。

目前，将多种移动方式在同一个机构上集成和切换的机构有重庆大学研制的Rolling-Wolf轮腿式移动机器人，索尼公司推出的QRIO仿人机器人，虽然以上机器人具有多种运动模式，但其以模块化自重构方式实现多运动模式，具有控制复杂、刚度、精度不足以等缺点。此外，由于并联机构具有刚度高、精度高、承载力大的特点及其固有属性，将其应用于多模式移动机构中的研究很少，因此，开发一种刚度好且控制简单的多模式步滚移动并联机构极具现实意义。

发明内容：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种刚度好且结构、控制都简单的机构，该机构集全姿态滚动、变宽度滚动、模式切换、侧滚等运动模式为一体的多运动模式移动并联机构，包括上平台、下平台、虎克铰组件和连杆，上平台和下平台都为十字型部件；其中，在上、下平台之间平行设置，在上、下平台的端部向外延伸安装一虎克铰组件，虎克铰组件的一端和上、下平台的端部活动连接；在上、下平台相同一端的两个虎克铰组件之间安装连杆，连杆与两个虎克铰组件的另一端活动连接，其上、下平台与虎克铰组件之间及虎克铰组件与连杆之间的每个活动连接的驱动分别由一组舵机完成。

在一个实施例中，虎克铰组件包括第一虎克铰和第二虎克铰；第一虎克铰包括本体，本体的第一端面开设沿长度方向的第一转向孔，在本体的第二端面为内凹的圆弧槽，在圆弧槽的一侧布置与圆弧槽弧度匹配的圆柱板，在圆柱板的顶面布置第一转轴；第二虎克链包括一门型本体，在门型本体的顶部向外延伸布置第二转轴，在门型本体的两侧开设同轴度的第二转向孔；所述十字型部件的两端沿长度方向各开设一凹槽，在凹槽的侧壁上开设同轴度的凹槽孔；圆柱板设在凹槽内，且第一转轴转动连接在凹槽孔内；第二转轴连接在第一转向孔内；所述连杆的两端设置第三转轴，第三转轴与所述第二转向孔之间活动连接。

一种适用于非结构化地形的多运动模式移动并联机构的步态控制方法，在一个实施例中，当遇到平坦路面时，所述多运动模式切换为全姿态滚动模式，机器人首先处于下平台着地的垂直站立状态，接着舵机驱动，连杆开始倾斜、翻倒，达到平躺姿态，然后舵机驱动，经两平台绕其支撑线转动，而后机器人继续倾斜、翻倒，继续驱动舵机，达到了上平台着地的垂直站立姿态，从而完成了一个周期的滚动。

在一个实施例中，当遇到狭窄空间时，所述多运动模式切换为变宽度滚动模式。机器人首先处于下平台着地的垂直站立姿态，舵机驱动虎克铰所在的四根转轴转动45°，接着舵机驱动连杆转动，经过倾斜、翻倒过程后，达到两条连杆触地的平躺姿态，接着舵机带动上、下平台转动，经过倾斜、翻倒过程，达到了下平台着地的垂直状态，接着舵机驱动连杆转动，达到上平台着地的垂直站立姿态，从而完成了一个周期的滚动。