[发明专利]一种水陆两栖仿生机器人自适应运动控制系统

说明书

本发明公开了一种水陆两栖仿生机器人自适应运动控制系统，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。本发明通过融合多传感器反馈信息，机器人能够自主分辨所处的介质环境和地形；通过中央控制器和中枢模式发生器自适应控制两栖机器人足蹼变形和运动步态，使机器人能够自适应滩涂、沙地、沼泽等地形环境，满足两栖多足机器人的工作要求。

技术领域

本发明涉及用于水陆两栖环境的仿生机器人，更详细地涉及一种在陆地通过轮式腿行进，水中通过蹼型腿游动的具备水陆两栖环境下运动能力的多足机器人。

背景技术

随着仿生机器人技术的不断发展，仿生机器人的种类不断增多，应用领域不断拓展。现有的仿生机器人通常仅具有单一的陆地行走或水中行进功能，而实际使用中，机器人多用于复杂的非结构化地形，针对单一环境的仿生机器人环境适应能力有限，难以适应水陆交替环境，例如滩涂、水网、沼泽等地形。而现实中存在大量的水陆交替环境，这就要求机器人具有两栖行进能力，即能够在硬地、砾石、沙土、沼泽和浅滩等复杂地形条件下行进的机器人。

目前现有的六足仿生机器人系统，比较具有代表性的是波士顿动力学公司的RHEX系列机器人，其能够在陆地快速行进，具备一定的越障能力。但是不具备在水中的行进能力。麦吉尔大学在RHEX的基础上研制研制出两栖机器人“AQUA”，AQUA可较好地实现水陆两栖的运动，但不足之处是需要两套移动驱动机构且需要人工更换以实现水陆两栖环境的匹配。要使两栖机器人具备水陆两栖运动能力，除了需要能够在水陆两栖运动的足部结构之外，还需要相应的具备水陆两栖自适应能力的控制系统。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是：克服已有两栖机器人控制系统的不足之处，满足水陆两栖六足机器人陆地和水下运动控制，通过基于多种反馈信号的CPG反馈控制模型，为两栖机器人提供水陆两栖自适应运动步态，以解决六足机器人的运动控制问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种水陆两栖仿生机器人自适应运动控制系统，组成如下：控制系统由中央控制器、视觉系统、姿态传感器等组成。运行于中央控制器的控制算法通过串口读取视觉系统和姿态传感器识别的环境信息和机器人姿态信息，并读取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；并传给中枢模式发生器算法，通过中枢模式发生器算法产生CPG构型，控制两栖机器人足蹼进行变形，并进行节律运动或非节律运动；从而赋予机器人在不同地形环境中的运动能力，为了保证机器人在水中的自由运动，机器人采用零浮力设计，保证机器人在水中的自由上浮和下潜。

上述能够在水陆两栖环境下行进的六足仿生机器人包括：机器人本体；多个足，设于上述机器人本体。

上述各足以上述机器人本体的中心线为界限，以相对应的数量对称布置在上述机器人本体两侧，可为四足、六足等偶数组合。

上述的中央控制器位于机器人本体内部，采用PC104架构；上面集成有中央控制算法和中枢模式发生器算法。

上述的双目视觉系统安装于机器人本体的前部，采用双目视觉识别工作环境和障碍。

上述的力矩反馈信息通过力矩电机获得，为机器人提供每条足的力矩信息，通过力矩信息能够判断机器人当前所处的地面介质环境。

上述的深度传感器安装在机器人本体下表面，获取水中深度信息，为机器人足蹼变形和潜深控制提供水深信息支持。

(三)有益效果