[发明专利]弹跳机器人及其动量轮组件和姿态控制方法

说明书

本发明公开了一种动量轮组件，包括轮臂，所述轮臂上设有与其转动配合的轮轴，所述轮轴上设有与其同步转动的动量轮，所述轮臂上还设有用于驱动所述轮轴转动的动量轮驱动机构。本发明还公开了一种弹跳机器人，包括机器人本体，所述机器人本体包括基座，所述基座上环形均布设有至少两个如上所述的动量轮组件，所述轮臂与所述基座固定连接。本发明还公开了一种弹跳机器人的姿态控制方法，可以调整弹跳机器人着陆姿态，避免因着陆点精度差、易侧翻等危险情况。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体的为一种弹跳机器人及其动量轮组件和姿态控制方法。

背景技术

弹跳机器人的研究也得到广泛的关注和迅猛的发展。弹跳是弹跳机器人最主要和最擅长的运动特征。公开号为CN110466635B的中国专利公开的一种电磁释放弹跳机器人及羽毛球机器人和电磁释放弹跳机构。现有的弹跳机器人在起跳后，整个机器人的质心沿起跳方向呈抛物线运动，在机器人完成捕捉、击打等任务后，机器人的姿态会发生偏离。如果着陆时的姿态不当，导致机器人的重心偏移或者过于侧倾，在着陆冲击力作用下，机器人会发生侧翻，极不利于系统的安全性和稳定性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种弹跳机器人及其动量轮组件和姿态控制方法，可以调整弹跳机器人着陆姿态，避免因着陆点精度差、易侧翻等危险情况。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明首先提出了一种动量轮组件，包括轮臂，所述轮臂上设有与其转动配合的轮轴，所述轮轴上设有与其同步转动的动量轮，所述轮臂上还设有用于驱动所述轮轴转动的动量轮驱动机构。

进一步，所述动量轮驱动机构包括伺服电机，所述伺服电机的输出轴与所述轮轴之间设有传动机构。

进一步，所述传动机构包括相互啮合的涡轮和蜗杆，所述涡轮的转轴与所述伺服电机的输出轴之间传动连接，所述蜗杆套设在所述轮轴上并与所述轮轴同步转动。

进一步，所述轮轴的两端分别设有所述动量轮。

本发明还提出了一种弹跳机器人，包括机器人本体，所述机器人本体包括基座，所述基座上环形均布设有至少两个如上所述的动量轮组件，所述轮臂与所述基座固定连接。

进一步，所述基座上环形均布设有两个或三个所述的动量轮组件。

进一步，所述基座和用于执行动作的执行连杆。

本发明还提出了一种适用于如上所述弹跳机器人的姿态控制方法，包括如下步骤：

1)以所述弹跳机器人的质心以及所述弹跳机器人各关节的旋转角构建广义坐标；

2)计算弹跳机器人的总动能E_k和总势能E_p，得到拉格朗日函数：L＝E_k-E_p；

3)根据拉格朗日函数得到弹跳机器人的动力学方程：

其中，τ_i是广义力；q_i是广义坐标；是广义速度；

将动力学方程改写为状态方程形式：

其中，表示弹跳机器人的状态方程；

X为系统状态变量，且：即X(t)∈R²ⁿ，R²ⁿ表示2n维实向量空间；x_c0,y_c0,z_c0分别表示弹跳机器人的质心坐标；表示质心速度；θ_j表示弹跳机器人各关节的旋转角；表示弹跳机器人各关节的旋转角速度；j＝0,1,...,n-3；