[发明专利]一种水陆两栖仿生机器人自适应运动控制系统

权利要求书

1.一种水陆两栖仿生机器人自适应运动控制系统，其特征在于，包括：中央控制器、双目视觉系统、姿态传感器和深度传感器；中央控制器读取双目视觉系统、姿态传感器识别的环境信息和机器人姿态信息，并读取驱动机器人足蹼可切换腿动作的的力矩电机的力矩反馈信息和深度传感器的水深信息，规划相应的步态，控制机器人足蹼可切换腿进行变形，进行节律运动或非节律运动，赋予机器人在不同地形环境中的运动能力。

2.如权利要求1所述的水陆两栖仿生机器人自适应运动控制系统，其特征在于，所述中央控制器安装在机器人本体内，中央控制器内集成有中央控制算法单元和中枢模式发生器算法单元，中央控制算法单元用于控制机器人本体的全部传感器，中枢模式发生器算法单元采用CPG方法，用于产生陆地和水中的不同步态，驱动机器人足蹼可切换腿进行节律运动或非节律运动。

3.如权利要求2所述的水陆两栖仿生机器人自适应运动控制系统，其特征在于，所述足蹼可切换腿包括足式腿和蹼式腿，足式腿和蹼式腿的转动均由力矩电机驱动，中枢模式发生器算法单元通过电机驱动器驱动力矩电机，控制足式腿或蹼式腿产生节律或非节律运动。

4.如权利要求3所述的水陆两栖仿生机器人自适应运动控制系统，其特征在于，所述足式腿和蹼式腿成对安装在机器人本体上，足式腿和蹼式腿通过足蹼变形电机进行切换，使得机器人在陆地上通过“C”型的足式腿行进，在水中通过直线型的蹼式腿游动。

5.如权利要求4所述的水陆两栖仿生机器人自适应运动控制系统，其特征在于，所述深度传感器和姿态传感器安装在机器人本体内，分别向中央控制器提供水深和姿态信息；深度传感器用于获取水深信息，为控制两栖机器人潜深提供深度数据；姿态传感器用于获取机器人实时姿态信息，为机器人姿态控制提供姿态数据。

6.如权利要求5所述的水陆两栖仿生机器人自适应运动控制系统，其特征在于，所述双目视觉系统包括安装在机器人本体前端的双目摄像头和图像采集卡，双目摄像头获取机器人前方图像信息，经过安装于机器人本体内的图像采集卡中的图像处理，得到前方障碍物的距离、大小和前方地形环境信息。

7.如权利要求5所述的水陆两栖仿生机器人自适应运动控制系统，其特征在于，所述足式腿和蹼式腿以机器人本体的中心线为界限，以相对应的数量对称布置在机器人本体两侧。

8.如权利要求5所述的水陆两栖仿生机器人自适应运动控制系统，其特征在于，所述足式腿和蹼式腿均为四足或六足的偶数组合。

9.如权利要求5所述的水陆两栖仿生机器人自适应运动控制系统，其特征在于，所述中央控制器采用PC104架构。

10.基于权利要求1-9中任一项水陆两栖仿生机器人自适应运动控制系统的水陆两栖仿生机器人自适应运动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先深度传感器获得机器人本体的深度信息，并将它传给中央控制器的中央控制算法单元，中央控制算法单元根据深度信息判断机器人是处于水中，还是处于陆地；

当机器人本体处于水中时，中央控制器确定当前涉水深度和机器人姿态，之后确定机器人腿部状态处于足式腿还是蹼式腿，当机器人处于足式腿时通过电机驱动器驱动足蹼变形电机将足式腿切换为蹼式腿，最后中央控制器根据机器人的姿态信息进行运动规划，并通过中枢模式发生器算法单元产生节律或非节律运动控制机器人上浮、下潜、前进或转向；

当机器人本体处于水中时，中央控制器确定当前涉水深度和机器人姿态，之后确定机器人腿部状态处于足式腿还是蹼式腿，当机器人处于足式腿时通过电机驱动器驱动足蹼变形电机将足式腿切换为蹼式腿，最后中央控制器根据机器人姿态传感器的姿态信息进行运动规划，并通过中枢模式发生器算法单元产生节律或非节律运动控制机器人上浮、下潜、前进或转向；

当机器人本体处于陆地时，中央控制器确定机器人腿部状态处于足式腿还是蹼式腿，当机器人处于蹼式腿时通过电机驱动器驱动足蹼变形电机将蹼式腿切换为足式腿，然后中央控制器中的中央控制算法根据力矩电机的力矩反馈信息、双目视觉系统的双目视觉信息和姿态传感器的姿态信息综合判断当前所处的地形介质和环境，当处于浅滩地形时采用二足步态，沙地和沼泽时采用利于脱困的四足步态，处于硬地环境时采用三足步态；最后通过中枢模式发生器算法单元产生节律或非节律运动控制机器人前进、后退或转向。