一種脊柱型機(jī)器人及其轉(zhuǎn)向跳躍的控制方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種脊柱型機(jī)器人及轉(zhuǎn)向跳躍的控制方法，所述脊柱型機(jī)器人包括驅(qū)動(dòng)機(jī)、機(jī)體前部、機(jī)體后部、用于實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)的脊柱關(guān)節(jié)、左前腿、右前腿、左后腿和右后腿。所述控制方法包含以下步驟：a、驅(qū)動(dòng)四足擺向內(nèi)側(cè)，機(jī)體前部和機(jī)體后部相對(duì)正；b、驅(qū)動(dòng)四足擺向外側(cè)，機(jī)體前部相對(duì)于機(jī)體后部朝轉(zhuǎn)向方向運(yùn)動(dòng)；c、驅(qū)動(dòng)四足擺動(dòng)到外側(cè)極限位置，機(jī)體前部相對(duì)于機(jī)體后部朝轉(zhuǎn)向方向運(yùn)動(dòng)至極限位置，使機(jī)器人騰空直到左前腿和右前腿接觸地面；d、驅(qū)動(dòng)左前腿和右前腿向后擺動(dòng)至極限位置，同時(shí)驅(qū)動(dòng)機(jī)體后部相對(duì)于機(jī)體前部朝轉(zhuǎn)向方向相反方向運(yùn)動(dòng)至極限位置，直到左后腿和右后腿接觸地面；e、重復(fù)b至d，繼續(xù)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明專利技術(shù)的控制方法穩(wěn)定可靠。

A spine robot and its control method of steering and jumping

The invention discloses a spine-type robot and a control method for steering jump. The spine-type robot comprises a driving machine, a front part of the body, a rear part of the body, a spine joint for realizing rotation, a left front leg, a right front leg, a left rear leg and a right rear leg. The control method comprises the following steps: a, driving the quadruped to swing inward, the front part of the body and the rear part of the body are relatively straight; b, driving the quadruped to swing outward, the front part of the body moves toward the direction of turning relative to the rear part of the body; c, driving the quadruped to swing outward to the limit position, and the front part of the body moves toward the direction of turning relative to the rear part of the body. D. Drive the left front leg and the right front leg to swing back to the limit position, and drive the rear of the body to the limit position opposite to the front of the body, until the left rear leg and the right rear leg touch the ground; e, repeat B to d, and then Continue steering. The control method of the invention is stable and reliable.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種脊柱型機(jī)器人及其轉(zhuǎn)向跳躍的控制方法
本專利技術(shù)涉及機(jī)器人及其運(yùn)動(dòng)的控制方法，具體為一種脊柱型機(jī)器人及其轉(zhuǎn)向跳躍的控制方法。
技術(shù)介紹
四足機(jī)器人具有較強(qiáng)的地形適應(yīng)能力，適用于災(zāi)后搜救、野外偵查、行星探索等復(fù)雜危險(xiǎn)環(huán)境中的任務(wù)，因此成為移動(dòng)機(jī)器人研究領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)。然而，現(xiàn)有的四足機(jī)器人多采用剛性軀干結(jié)構(gòu)，在遇到無(wú)法通過(guò)的障礙物需要轉(zhuǎn)向時(shí)，通常采用驅(qū)動(dòng)左右腿以不同的步長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)或控制腿的側(cè)擺關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的方法實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)向效率較低。四足機(jī)器人做雙足跳運(yùn)動(dòng)時(shí)，控制腿的側(cè)擺關(guān)節(jié)運(yùn)功的方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。目前，一些四足機(jī)器人在設(shè)計(jì)中引入了主動(dòng)脊柱機(jī)構(gòu)，以增強(qiáng)機(jī)器人的靈活性，但仍未對(duì)脊柱的偏航運(yùn)動(dòng)在四足機(jī)器人雙足跳轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)中的作用進(jìn)行研究。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
專利技術(shù)目的：本專利技術(shù)目的是提供一種能夠提高轉(zhuǎn)向效率的脊柱型機(jī)器人，以及一種脊柱型機(jī)器人轉(zhuǎn)向跳躍的控制方法。技術(shù)方案：本專利技術(shù)所述的一種脊柱型機(jī)器人，包括驅(qū)動(dòng)機(jī)、若干腿、機(jī)體前部、機(jī)體后部、用于實(shí)現(xiàn)機(jī)體前部和機(jī)體后部相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的脊柱關(guān)節(jié)，脊柱偏航關(guān)節(jié)與驅(qū)動(dòng)機(jī)相連，脊柱偏航關(guān)節(jié)包括凸緣和帶有凹槽的連接體，凸緣和帶有凹槽的連接體鉸接，凸緣與機(jī)體前部固定連接，帶有凹槽的連接體和機(jī)體后部固定連接。腿包括左前腿(6)、右前腿(7)、左后腿(8)和右后腿(9)，機(jī)體前部?jī)蓚?cè)分別鉸接左前腿和右前腿，機(jī)體后部?jī)蓚?cè)分別鉸接左后腿和右后腿，驅(qū)動(dòng)機(jī)分別與左前腿、右前腿、左后腿、右后腿相連。為了進(jìn)一步提高跳躍轉(zhuǎn)向的效率，帶有凹槽的連接體包括脊柱俯仰關(guān)節(jié)，脊柱俯仰關(guān)節(jié)與驅(qū)動(dòng)機(jī)相連，脊柱俯仰關(guān)節(jié)包括第一連接體和第二連接體，第一連接體與凸緣鉸接，第二連接體與第一連接體鉸接，第二連接體與機(jī)體后部固定連接。脊柱俯仰關(guān)節(jié)在轉(zhuǎn)向跳躍時(shí)可隨右前腿和左前腿向前擺動(dòng)而向下彎曲，脊柱俯仰關(guān)節(jié)可隨右前腿和左前腿向后擺動(dòng)而向上彎曲。本專利技術(shù)所述的一種脊柱型機(jī)器人轉(zhuǎn)向跳躍的控制方法，包含以下步驟：a、驅(qū)動(dòng)左前腿和右前腿至后極限位置，驅(qū)動(dòng)左后腿和右后腿至前極限位置，機(jī)體前部相對(duì)于機(jī)體后部轉(zhuǎn)動(dòng)至平衡位置，即機(jī)體前部和機(jī)體后部相對(duì)正；b、驅(qū)動(dòng)左前腿和右前腿向前擺動(dòng)，驅(qū)動(dòng)左后腿和右后腿向后擺動(dòng)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)機(jī)體前部相對(duì)于機(jī)體后部朝轉(zhuǎn)向方向運(yùn)動(dòng)，使左前腿和右前腿離開(kāi)地面；c、驅(qū)動(dòng)左前腿和右前腿向前擺動(dòng)至前極限位置，驅(qū)動(dòng)左后腿和右后腿向后擺動(dòng)至后極限位置，同時(shí)驅(qū)動(dòng)機(jī)體前部相對(duì)于機(jī)體后部朝轉(zhuǎn)向方向運(yùn)動(dòng)至極限位置，使左后腿和右后腿離開(kāi)地面，機(jī)器人處于騰空狀態(tài)，直到左前腿和右前腿接觸地面；d、驅(qū)動(dòng)左前腿和右前腿向后擺動(dòng)至后極限位置，驅(qū)動(dòng)左后腿和右后腿向前擺動(dòng)至前極限位置，同時(shí)驅(qū)動(dòng)機(jī)體后部相對(duì)于機(jī)體前部朝轉(zhuǎn)向方向相反方向運(yùn)動(dòng)至極限位置，直到左后腿和右后腿接觸地面；e、重復(fù)步驟b至d，繼續(xù)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。工作原理：通過(guò)協(xié)調(diào)驅(qū)動(dòng)左前腿、右前腿、左后腿、右后腿和脊柱偏航關(guān)節(jié)，使機(jī)器人在左前腿和右前腿離地時(shí)，機(jī)體前部朝轉(zhuǎn)向方向運(yùn)動(dòng)，使機(jī)器人在左后腿和右后腿離地時(shí)，機(jī)體后部朝轉(zhuǎn)向方向相反方向運(yùn)動(dòng)。左前腿、右前腿、左后腿、右后腿和脊柱偏航關(guān)節(jié)通過(guò)驅(qū)動(dòng)機(jī)均可作為主動(dòng)件帶動(dòng)其他部件運(yùn)動(dòng)。有益效果：本專利技術(shù)和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下顯著性特點(diǎn)：通過(guò)協(xié)調(diào)控制脊柱型機(jī)器人腿的運(yùn)動(dòng)和脊柱在偏航方向上的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)脊柱型機(jī)器人在雙足跳運(yùn)動(dòng)中的轉(zhuǎn)向。通過(guò)脊柱在偏航方向上的運(yùn)動(dòng)，控制脊柱型機(jī)器人在雙足跳運(yùn)動(dòng)中的轉(zhuǎn)向，可以實(shí)現(xiàn)脊柱型機(jī)器人高效率的轉(zhuǎn)向。本專利技術(shù)的控制方法，層次清晰，控制精確，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。附圖說(shuō)明圖1是本專利技術(shù)的脊柱型機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本專利技術(shù)的包含脊柱俯仰關(guān)節(jié)的脊柱型機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3(a)-(d)是本專利技術(shù)的脊柱型機(jī)器人雙足跳運(yùn)動(dòng)的側(cè)視圖。圖4(a)-(d)是本專利技術(shù)的脊柱型機(jī)器人雙足跳轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)的示意圖。具體實(shí)施方式如圖1，脊柱型機(jī)器人有通過(guò)脊柱關(guān)節(jié)3連接的機(jī)體前部1、機(jī)體后部2，左前腿6和右前腿7鉸接在機(jī)體前部1的兩側(cè)，左后腿8和右后腿9鉸接在機(jī)體后部2的兩側(cè)，左前腿6、右前腿7、左后腿8、右后腿9可以前后擺動(dòng)，即左前腿6、右前腿7均可沿著方向3和方向5轉(zhuǎn)動(dòng)，左后腿8、右后腿9均可沿著方向4和方向6轉(zhuǎn)動(dòng)，脊柱關(guān)節(jié)3與驅(qū)動(dòng)機(jī)相連，脊柱關(guān)節(jié)3由凸緣4和帶有凹槽的連接體5組成，凸緣4和帶有凹槽的連接體5鉸接，凸緣4與機(jī)體前部1固定連接，帶有凹槽的連接體5和機(jī)體后部2固定連接，帶有凹槽的連接體5可沿著偏航方向，即按方向1和方向2繞脊柱偏航關(guān)節(jié)3發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。本專利技術(shù)的驅(qū)動(dòng)機(jī)為現(xiàn)有技術(shù)，可以驅(qū)動(dòng)左前腿6、右前腿7、左后腿8、右后腿9及脊柱關(guān)節(jié)3可分別作為主動(dòng)件。如圖2，為了進(jìn)一步地提高跳躍轉(zhuǎn)向的運(yùn)動(dòng)效率，帶有凹槽的連接體5包括脊柱俯仰關(guān)節(jié)12，脊柱俯仰關(guān)節(jié)12與驅(qū)動(dòng)機(jī)相連，脊柱俯仰關(guān)節(jié)12包括第一連接體10和第二連接體11，第一連接體10與凸緣4鉸接，第一連接體10可沿著方向1和方向2發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，第二連接體11與第一連接體10鉸接，第二連接體11與第一連接體10可沿著方向7和方向8發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，第二連接體11與機(jī)體后部2固定連接。脊柱俯仰關(guān)節(jié)12在轉(zhuǎn)向跳躍時(shí)可隨右前腿7和左前腿6向前擺動(dòng)而向下彎曲，使機(jī)體前部1向上運(yùn)動(dòng)，脊柱俯仰關(guān)節(jié)可隨右前腿7和左前腿6向后擺動(dòng)而向上彎曲，使機(jī)體前部1向下運(yùn)動(dòng)。如圖3(a)-(d)是本專利技術(shù)脊柱型機(jī)器人在無(wú)脊柱俯仰關(guān)節(jié)12時(shí)雙足跳運(yùn)動(dòng)的側(cè)視圖，具體的步驟如下：a、驅(qū)動(dòng)左前腿6和右前腿7至后極限位置，驅(qū)動(dòng)左后腿8和右后腿9至前極限位置，機(jī)體前部4和機(jī)體后部5相對(duì)正，即凸緣4和帶有凹槽的連接體5的中垂線處于同一直線上，如圖3(a)所示；b、驅(qū)動(dòng)左前腿6和右前腿7向方向3擺動(dòng)，驅(qū)動(dòng)左后腿8和右后腿9按方向4擺動(dòng)，使左前腿6和右前腿7離開(kāi)地面13，如圖3(b)所示；c、繼續(xù)驅(qū)動(dòng)左前腿6和右前腿7按方向3擺動(dòng)至前極限位置，驅(qū)動(dòng)左后腿8和右后腿9按方向4擺動(dòng)至后極限位置，使左后腿8和右后腿9離開(kāi)地面13，機(jī)器人處于騰空狀態(tài)，直到左前腿6和右前腿7接觸地面13，如圖3(c)、3(d)所示；d、驅(qū)動(dòng)左前腿6和右前腿7按方向5擺動(dòng)至后極限位置，驅(qū)動(dòng)左后腿8和右后腿9按方向6擺動(dòng)至前極限位置，直到左后腿8和右后腿9接觸地面13，如圖3(d)、3(a)所示；e、重復(fù)步驟b至步驟d，繼續(xù)雙足跳運(yùn)動(dòng)。如圖4(a)-(d)是脊柱型機(jī)器人在無(wú)脊柱俯仰關(guān)節(jié)12時(shí)雙足跳轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)的示意圖，圖中機(jī)器人做向左轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，具體的步驟如下：a、驅(qū)動(dòng)左前腿6和右前腿7至后極限位置，驅(qū)動(dòng)左后腿8和右后腿9至前極限位置，同時(shí)驅(qū)動(dòng)機(jī)體前部1相對(duì)于機(jī)體后部2轉(zhuǎn)動(dòng)至平衡位置，即機(jī)體前部1和機(jī)體后部2相對(duì)正，如圖3(a)所示；b、驅(qū)動(dòng)左前腿6和右前腿7按方向3擺動(dòng)，驅(qū)動(dòng)左后腿8和右后腿9按方向4擺動(dòng)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)機(jī)體前部1相對(duì)于機(jī)體后部2繞脊柱偏航關(guān)節(jié)3按方向2轉(zhuǎn)動(dòng)，使左前腿6和右前腿7離開(kāi)地面13，同時(shí)機(jī)體前部1朝轉(zhuǎn)向方向偏轉(zhuǎn)，如圖4(a)所示；c、繼續(xù)驅(qū)動(dòng)左前腿6和右前腿7按方向3擺動(dòng)至前極限位置，驅(qū)動(dòng)左后腿8和右后腿9按方向4擺動(dòng)至后極限位置，同時(shí)驅(qū)動(dòng)機(jī)體前部1相對(duì)于機(jī)體后部2繞脊柱偏航關(guān)節(jié)3按方向2轉(zhuǎn)動(dòng)至極限位置，使左后腿8和右后腿9離開(kāi)地面13，機(jī)體前部1朝轉(zhuǎn)向方向偏轉(zhuǎn)，機(jī)器人處于騰空狀態(tài)，直到左前腿6和右前腿7接觸地面13，如圖4(b)、4(c)所示；d、驅(qū)動(dòng)左前腿6和右前腿7按方向5擺動(dòng)至后本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種脊柱型機(jī)器人，其特征在于：包括驅(qū)動(dòng)機(jī)、若干腿、機(jī)體前部(1)、機(jī)體后部(2)和用于實(shí)現(xiàn)機(jī)體前部(1)、機(jī)體后部(2)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的脊柱偏航關(guān)節(jié)(3)，所述脊柱偏航關(guān)節(jié)(3)與驅(qū)動(dòng)機(jī)相連，所述脊柱關(guān)節(jié)(3)包括凸緣(4)和帶有凹槽的連接體(5)，所述凸緣(4)和帶有凹槽的連接體(5)鉸接，所述凸緣(4)與機(jī)體前部(1)固定連接，所述帶有凹槽的連接體(5)和機(jī)體后部(2)固定連接。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種脊柱型機(jī)器人，其特征在于：包括驅(qū)動(dòng)機(jī)、若干腿、機(jī)體前部(1)、機(jī)體后部(2)和用于實(shí)現(xiàn)機(jī)體前部(1)、機(jī)體后部(2)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的脊柱偏航關(guān)節(jié)(3)，所述脊柱偏航關(guān)節(jié)(3)與驅(qū)動(dòng)機(jī)相連，所述脊柱關(guān)節(jié)(3)包括凸緣(4)和帶有凹槽的連接體(5)，所述凸緣(4)和帶有凹槽的連接體(5)鉸接，所述凸緣(4)與機(jī)體前部(1)固定連接，所述帶有凹槽的連接體(5)和機(jī)體后部(2)固定連接。2.如權(quán)利要求1所述的一種脊柱型機(jī)器人，其特征在于：所述腿包括左前腿(6)、右前腿(7)、左后腿(8)和右后腿(9)，所述機(jī)體前部(1)兩側(cè)分別鉸接左前腿(6)和右前腿(7)，所述機(jī)體后部(2)兩側(cè)分別鉸接左后腿(8)和右后腿(9)，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)分別與左前腿(6)、右前腿(7)、左后腿(8)、右后腿(9)相連。3.如權(quán)利要求1或2所述的一種脊柱型機(jī)器人，其特征在于：所述帶有凹槽的連接體(5)為脊柱俯仰關(guān)節(jié)(12)，所述脊柱俯仰關(guān)節(jié)(12)與驅(qū)動(dòng)機(jī)相連，所述脊柱關(guān)節(jié)(12)包括第一連接體(10)和第二連接體(11)，所述第一連接體(10)與凸緣(4)鉸接，所述第二連接體(11)與第一連接體(10)鉸接，所述第二連接體(11)與機(jī)體后部(2)固定連接。4.如權(quán)利要求3所述的一種脊柱型機(jī)器人，所述脊柱俯仰關(guān)節(jié)在轉(zhuǎn)向跳躍時(shí)可隨...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：宋光明，韋中，戚奇恩，高源，宋愛(ài)國(guó)，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：東南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：江蘇,32