[发明专利]一种轮足混合行走机器人结构及控制系统

说明书

本发明提供一种轮足混合行走机器人结构及控制系统，采用了六自由度并联腿与辅助腿结构、联结于腿上的驱动轮结合，结合了足式机器人可以在复杂地形能完成大负荷，高强度的作业（如搬运等），轮式机器人在平滑路径也能高效实时响应的优点，能在各种地形下完成轮式直行、转弯、横移等动作，既体现最基本的步行运动、自由度较少的特点，又增强了在结构化、非结构化环境中行走的能力。

技术领域

本发明涉及并联机器人技术领域，尤其涉及一种轮足混合行走机器人结构及控制系统。

背景技术

并联构型机器人与串联构型相比，并联构型具有刚度好、精度高、惯性小和承载能力大等特点，众多研究机构和制造企业都看好其在制造领域的应用前景。采用并联机构作为步行机器人本体，具备了相对出色的地形适应能力。早在1972年，早稻田大学开始研制基于并联机构的WL系列二足步行机器人，在中国申请了双足步行机器人的下半身模块的专利，专利号为03826959.7。但这类机器人、机器人的重心在两个腿之间，双腿站立时，重心落在两个脚掌之间，在迈步行走时，一脚抬起，如不作重心调整，就会摔倒，总体受力不好。针对上述问题，中国专利CN101973027B公开一种并联步行机器人的连接方法，解决了现有并联机构步行机器人行走时需要左右调整重心的缺欠，但该机器人存在结构化环境下行走速度慢，在应对紧急情况下的工作，例如物资运输，抢险救灾等，提高其效能是保证顺利完成任务的关键。轮式机器人具有速度快的优点，但在转弯时需要大的转弯半径，而无法实现就地横移转向，且面对非结构化环境显得力不从心。轮足混合行走机器人结合了轮式、足式机器人的优点，刘冬琛等于2019年1月在《机械工程学报》上发表了论文“基于速度矢量的电动并联式轮足机器人全方位步态切换方法”，提及了一种电动并联式四轮足机器人，但该机器人具有自由度多等缺点。

本发明可以达到如下目的：提供一种既可以步行、又可以轮滑以及脚趾间距可以改变的行走机器人结构及控制系统，实现最基本的行走、轮滑等，且在结构化、非结构化环境中都能体现其优势的行走机器人，能完成轮式直行、转弯、横移转向、单腿或双腿轮滑等动作，且重心不要左右调整，即可实现稳态行走。

发明内容

本发明的并联步行机器人的连接方法解决方案如下：

一种轮足混合行走机器人结构及控制系统，包括髋关节、腿机构I、II、轮机构、测距传感器、加速度传感器、力传感器、控制系统；所述的腿机构I、II均包括上平台、下平台及连接上平台、下平台的6个主支链I、II、III、IV、V、VI，所述的腿机构I、II的2个上平台固连在一起形成髋关节，所述的腿机构I、II的下平台相互独立且无相互干扰，均包括1个足弓连接架、3个踝关节固定座、3个脚趾，且每个踝关节固定座连接2个主支链，主支链I、II、III、IV、V、VI与髋关节和各自的下平台连接在一起；所述的腿机构I、II互相交叉、互相包含；所述的腿机构I、II各脚趾上安装有1个辅助支链I、II、III、IV、V、VI；所述的主支链I、II、III、IV、V、VI采用UPUR支链形式，辅助支链I、II、III、IV、V、VI为RP支链，所述的主支链I、II、III、IV、V、VI和辅助支链I、II、III、IV、V、VI采用电动缸或者液压缸，液压缸在额定推力方面有绝对优势，可用于大负载，电动缸控制方便轻巧，应用于小推力场合；所述的腿机构I、II中至少有一个腿机构上安装有轮机构，所述的轮机构中至少有一个轮机构是方向轮，方向轮外其它轮的轴向相互平行，方向由电机控制；所述的轮机构中有2个是方向轮形成倒三轮。

所述的辅助支链是RP构成的串联机构，R副的轴线方向与P副的方向垂直，且与髋关节的平面平行。

所述的轮机构作为独立体可自由拆卸。

所述的控制系统以单片机或PLC为核心，用于控制主支链I、II、III、IV、V、VI、辅助支链I、II、III、IV、V、VI、导轮组合体中的电机、辅助轮组合体I、II中的电机I、II动作，单片机或PLC间采用串口通信；所述的加速度传感器用于测量腿机构I、II的运动速度；所述的控制系统供电采用太阳能电池板、蓄电池任选一种或两种共用。