[发明专利]一种轮足复合机器人及其控制方法

说明书

一种轮足复合机器人及其控制方法，属于机器人技术领域。在四足机器人框架基础上进行进，使之能够兼顾足式和轮式两种运动的优点，满足机器人足式高运动性能的同时也实现其在平整地形环境下的高效轮式运动。轮足复合机器人包括躯干、腿部组件、驱动结构。机器人的控制模式有足行模式、足行切换轮行模式、轮行模式、轮行切换足行四种模式。相较于传统轮式移动机器人及足式移动机器人，本发明实现了轮式运动和足式运动机制的优势互补，在满足复杂未知地形下灵活运动需要的同时兼顾平整地面下的高效低能耗移动，提高实用性；轮足模式切换简单快捷，且在原有足式机器人基础上没有增加额外电机，给足端运动灵活创造了更加有利的控制条件，成本效益更好。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，涉及一种新型轮足复合移动机器人装置。本发明还涉及一种方法，用于实现上述新型装置的驱动与控制。

背景技术

近年来机器人技术发展迅猛，具备自主移动能力的移动机器人因能满足军事、教育以及日常生产生活等多种工作需求而备受关注。

按照运动机制来分类，移动机器人大致可分为轮式、足式以及复合式三种：

轮式移动机器人多采用两轮驱动、四轮驱动等形式，它们结构简单、易于控制，能以较低的能量消耗实现较快的运动速度和较低的运动噪音，但轮式运动对地面的平整连续性要求较高，运动越障能力差，在复杂地形下很难灵活运动。

以双足、四足等形式多见的足式运动机器人在复杂地形下仍具备高度的适应性及实用价值，其运动灵活、机动性强，能够在极限环境代替人类执行侦察、巡检、运输等任务。但它们能耗较高，运动速度不快，同等条件下续航相对较短，难以真正推广。

对于复杂未知地形，采用单一轮式或足式运动机制的移动机器人无法满足使用需求，要么在运动能力上有所不足，要么续航太差，实用性受到限制。融合了轮式和足式两种运动机制的移动机器人能较好地解决运动能力和能耗的矛盾。目前代表性的轮足复合移动机器人以足式机器人为基本框架，通过在足端附加驱动轮实现轮式运动。这种方案虽然能在足式机器人运动控制的基础上快速迭代出不错的运动效果，但它增加到足端的驱动电机轮组会对足式运动灵活性产生较大的影响，增加控制难度，而且多增加一组定制电机也会使成本控制更加困难，经济效益不高。

发明内容

本发明的目标是调和传统足式机器人和轮式机器人在稳定能效和运动能力之间的矛盾，并尽可能降低轮足机器人的成本和控制难度。为此，本发明在四足机器人框架基础上提出一种四轮足复合式移动机器人，兼顾了足式运动和轮式运动的优点，在满足机器人全地形高运动性能的同时能实现其在平整地形环境下的高效运动，尽可能提高其能量利用效率。同时本发明实现上述目标时没有在四足机器人原有基础上额外增加驱动电机，成本较低，保证了足式运动的高灵活性，并且结构简单、维护方便，能够简便流畅地实现轮式运动和足式运动之间的切换，优于其他轮足式复合机器人设计。

为了达到上述技术目的，本发明采用的技术方案为：

一种轮足复合机器人，所述轮足复合机器人为在四足机器人框架基础上提出的改进方案，能够兼顾足式和轮式两种运动的优点，在满足机器人足式高运动性能的同时实现其在平整地形环境下的高效轮式运动。包括躯干1、腿部组件2、驱动结构3。

所述的躯干1，包括前骨架11、供能仓12、后骨架13三部分。所述供能仓12前后两端分别安装前骨架11、后骨架13，其内部安装供能元件给电机或其他结构供能。所述供能元件可以是动力电池121等。所述前骨架11及后骨架13上分别预留了两个左右对称的电机安装位置，前后骨架一共可以安装四个电机，称摆动电机14。通过与腿部组件中的髋部21相连接，摆动电机14可以实现躯干1同腿部组件2的连接，并控制腿部组件2在相对于前骨架11或后骨架13平行平面的摆动。

所述的腿部组件2，包括髋部21、大腿22、小腿组23和足轮组24四个部分。所述腿部组件共有四组，其构造完全相同，每个腿部组件均通过安装在躯干前骨架11或后骨架13上的摆动电机14连接到躯干1上。具体结构描述如下：