【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于輪足機器人，特別涉及一種輪足可變結構的多模態機器人及其模態切換控制方法。
技術介紹
1、日常生活中，地面機器人的運動形式主要分為輪式和足式機器人兩大類，輪式機器人可高移動速度且耗能低，但是越障能力十分有限；足式機器人有較高的越障能力，然而速度較慢且消耗能量較大。那有沒有一個方案能夠既適應多種復雜地形，又能提高能量轉換率呢？答案便是“輪+足”。輪足機器人采用多個輪子組成的足部結構，在能耗效率、移動速度和負載能力方面相對于其他運動形式和復合移動形式的機器人具有更優異的表現，同時能夠高效地在結構或非結構環境中運行。
2、但輪足變結構機器人需要能夠適應不同的地形，如平坦地面和不規則地形之間如何切換，目前的環境適應性仍面臨挑戰，如何實現機器人在復雜地形中的穩定行走是目前需要解決的主要問題。
技術實現思路
1、有鑒于此，本專利技術的目的是針對現有技術的不足，提供一種輪足可變結構的多模態機器人，能根據不同的地形變化切換運動形態，提高機器人在復雜地形中的越野能力；本專利技術還提供一種模態切換控制方法，用于自動控制機器人輪式形態與足式形態的切換。
2、為達到上述目的，本專利技術采用以下技術方案：
3、一種輪足可變結構的多模態機器人，包括主機身和轉動設置在主機身左右兩側的輪足機構，輪足機構包括連接座、兩個驅動模組和兩個圓弧形行走架，主機身上設置有第一驅動裝置驅動連接座旋轉，兩個驅動模組設置在連接座前后兩端并分別連接至兩個圓弧形行走架的端部，兩個圓弧形行
4、為了更好的實現本專利技術，在上述結構中作進一步的優化，驅動模組包括第一回轉組、第二回轉組和第三回轉組，第一回轉組與連接座在x軸方向上轉動連接，第二回轉組與第一回轉組在y軸方向上轉動連接，第三回轉組與第二回轉組在z軸方向上轉動連接，第三回轉組還固定連接至圓弧形行走架的端部。
5、為了更好的實現本專利技術，在上述結構中作進一步的優化，第一回轉組包括x驅動裝置和x回轉支架，x驅動裝置驅動x回轉支架與連接座在x軸方向上轉動連接。
6、為了更好的實現本專利技術，在上述結構中作進一步的優化，第二回轉組包括y驅動裝置和y回轉支架，y驅動裝置驅動y回轉支架與x回轉支架在y軸方向上轉動連接。
7、為了更好的實現本專利技術，在上述結構中作進一步的優化，第三回轉組包括z驅動裝置和z回轉支架，z驅動裝置驅動z回轉支架與y回轉支架在z軸方向上轉動連接，z回轉支架固定連接至圓弧形行走架的端部。
8、為了更好的實現本專利技術，在上述結構中作進一步的優化，第一驅動裝置設置兩個并且分別驅動兩個連接座旋轉。
9、為了更好的實現本專利技術，在上述結構中作進一步的優化，第一驅動裝置、x驅動裝置、y驅動裝置和z驅動裝置均為伺服電機，主機身上設置有主控板和圖像傳感器，主控板電連接圖像傳感器、第一驅動裝置、x驅動裝置、y驅動裝置和z驅動裝置。
10、為了更好的實現本專利技術，在上述結構中作進一步的優化，主機身為多層機構，主機身采用碳纖維材質，第一驅動裝置通過聯軸器與連接座轉動連接。
11、為了更好的實現本專利技術，在上述結構中作進一步的優化，圓弧形行走架包括兩個足板和若干個支撐柱，兩個足板通過支撐柱固定連接。
12、一種上述的輪足可變結構的多模態機器人的模態切換控制方法，當圖像傳感器探測到前方沒有障礙時，圖像傳感器將信號傳輸給主控板，主控板控制四個x驅動裝置驅動x回轉支架旋轉，使圓弧形行走架與主機身垂直，然后控制前側兩個驅動模組的z驅動裝置驅動z回轉支架旋轉180度，然后控制四個y驅動裝置驅動y回轉支架向內側旋轉，直至左右兩側的兩組圓弧形行走架均首尾相接組成一個圓環形結構；
13、當圖像傳感器探測到前方有障礙時，圖像傳感器將信號傳輸給主控板，主控板控制前側兩個驅動模組的z驅動裝置驅動z回轉支架向外側旋轉45度，然后控制后側兩個驅動模組的y驅動裝置驅動y回轉支架旋轉135度，然后控制前側兩個驅動模組的z驅動裝置驅動z回轉支架向外側繼續旋轉135度，并控制前側兩個驅動模組的y驅動裝置驅動y回轉支架旋轉45度，使四個圓弧形行走架端部與地面接觸。
14、本專利技術相較于現有技術具有以下有益效果：
15、1.本專利技術提供的輪足可變結構的多模態機器人獨創設計了可順滑切換的二輪式與四足式兩種運動形態，在兩輪輪式運動遇到障礙物時，可以通過轉換為四足式來跨越障礙物，提高機器人的越野能力，具有結構緊湊、地形適應性強、移動效率高等優點。
16、2.本專利技術提供的模態切換控制方法在機器人行進時，可以根據路況自動切換二輪式與四足式兩種運動形態。
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1.一種輪足可變結構的多模態機器人，其特征在于：包括主機身(1)和轉動設置在所述主機身(1)左右兩側的輪足機構(2)，所述輪足機構(2)包括連接座(3)、兩個驅動模組(4)和兩個圓弧形行走架(5)，所述主機身(1)上設置有第一驅動裝置(6)驅動所述連接座(3)旋轉，兩個所述驅動模組(4)設置在所述連接座(3)前后兩端并分別連接至兩個所述圓弧形行走架(5)的端部，兩個所述圓弧形行走架(5)可首尾相接組成一個圓環形結構，所述驅動模組(4)可驅動所述圓弧形行走架(5)在x軸、y軸和z軸三個方向上回轉擺動。
2.根據權利要求1所述的輪足可變結構的多模態機器人，其特征在于：所述驅動模組(4)包括第一回轉組(401)、第二回轉組(402)和第三回轉組(403)，所述第一回轉組(401)與所述連接座(3)在x軸方向上轉動連接，所述第二回轉組(402)與所述第一回轉組(401)在y軸方向上轉動連接，所述第三回轉組(403)與所述第二回轉組(402)在z軸方向上轉動連接，所述第三回轉組(403)還固定連接至所述圓弧形行走架(5)的端部。
3.根據權利要求2所述的輪足可變結構
4.根據權利要求3所述的輪足可變結構的多模態機器人，其特征在于：所述第二回轉組(402)包括y驅動裝置(4021)和y回轉支架(4022)，所述y驅動裝置(4021)驅動所述y回轉支架(4022)與所述x回轉支架(4012)在y軸方向上轉動連接。
5.根據權利要求4所述的輪足可變結構的多模態機器人，其特征在于：所述第三回轉組(403)包括z驅動裝置(4031)和z回轉支架(4032)，所述z驅動裝置(4031)驅動所述z回轉支架(4032)與所述y回轉支架(4022)在z軸方向上轉動連接，所述z回轉支架(4032)固定連接至所述圓弧形行走架(5)的端部。
6.根據權利要求5所述的輪足可變結構的多模態機器人，其特征在于：所述第一驅動裝置(6)設置兩個并且分別驅動兩個所述連接座(3)旋轉。
7.根據權利要求6所述的輪足可變結構的多模態機器人，其特征在于：所述第一驅動裝置(6)、所述x驅動裝置(4011)、所述y驅動裝置(4021)和所述z驅動裝置(4031)均為伺服電機，所述主機身(1)上設置有主控板(7)和圖像傳感器，所述主控板(7)電連接所述圖像傳感器、所述第一驅動裝置(6)、所述x驅動裝置(4011)、所述y驅動裝置(4021)和所述z驅動裝置(4031)。
8.根據權利要求7所述的輪足可變結構的多模態機器人，其特征在于：所述主機身(1)為多層機構，所述主機身(1)采用碳纖維材質，所述第一驅動裝置(6)通過聯軸器(601)與所述連接座(3)轉動連接。
9.根據權利要求8所述的輪足可變結構的多模態機器人，其特征在于：所述圓弧形行走架(5)包括兩個足板(501)和若干個支撐柱(502)，兩個所述足板(501)通過所述支撐柱(502)固定連接。
10.一種如權利要求7-9中任一項所述的輪足可變結構的多模態機器人的模態切換控制方法，其特征在于：當所述圖像傳感器探測到前方沒有障礙時，所述圖像傳感器將信號傳輸給所述主控板(7)，所述主控板(7)控制四個所述x驅動裝置(4011)驅動所述x回轉支架(4012)旋轉，使所述圓弧形行走架(5)與所述主機身(1)垂直，然后控制前側兩個所述驅動模組(4)的所述z驅動裝置(4031)驅動所述z回轉支架(4032)旋轉180度，然后控制四個所述y驅動裝置(4021)驅動所述y回轉支架(4022)向內側旋轉，直至左右兩側的兩組所述圓弧形行走架(5)均首尾相接組成一個圓環形結構；
...【技術特征摘要】
1.一種輪足可變結構的多模態機器人，其特征在于：包括主機身(1)和轉動設置在所述主機身(1)左右兩側的輪足機構(2)，所述輪足機構(2)包括連接座(3)、兩個驅動模組(4)和兩個圓弧形行走架(5)，所述主機身(1)上設置有第一驅動裝置(6)驅動所述連接座(3)旋轉，兩個所述驅動模組(4)設置在所述連接座(3)前后兩端并分別連接至兩個所述圓弧形行走架(5)的端部，兩個所述圓弧形行走架(5)可首尾相接組成一個圓環形結構，所述驅動模組(4)可驅動所述圓弧形行走架(5)在x軸、y軸和z軸三個方向上回轉擺動。
2.根據權利要求1所述的輪足可變結構的多模態機器人，其特征在于：所述驅動模組(4)包括第一回轉組(401)、第二回轉組(402)和第三回轉組(403)，所述第一回轉組(401)與所述連接座(3)在x軸方向上轉動連接，所述第二回轉組(402)與所述第一回轉組(401)在y軸方向上轉動連接，所述第三回轉組(403)與所述第二回轉組(402)在z軸方向上轉動連接，所述第三回轉組(403)還固定連接至所述圓弧形行走架(5)的端部。
3.根據權利要求2所述的輪足可變結構的多模態機器人，其特征在于：所述第一回轉組(401)包括x驅動裝置(4011)和x回轉支架(4012)，所述x驅動裝置(4011)驅動所述x回轉支架(4012)與所述連接座(3)在x軸方向上轉動連接。
4.根據權利要求3所述的輪足可變結構的多模態機器人，其特征在于：所述第二回轉組(402)包括y驅動裝置(4021)和y回轉支架(4022)，所述y驅動裝置(4021)驅動所述y回轉支架(4022)與所述x回轉支架(4012)在y軸方向上轉動連接。
5.根據權利要求4所述的輪足可變結構的多模態機器人，其特征在于：所述第三回轉組(403)包括z驅動裝置(4031)和z回轉支架(4032)，所述z驅動裝置(4031)驅動所述z回轉支架(40...
【專利技術屬性】
技術研發人員：苗憶南，張益鑫，楊卓林，胡江川，武文杰，齊健，王冬，
申請(專利權)人：北京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：
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