CN102591347A - 多足移动平台及其姿态与高度的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多足移动平台及其姿态与高度的控制方法，多足移动平台，包括平台装置、足部装置、控制装置和平台姿态测量设备，所述平台装置包括两个上下垂直交叉叠放的平台，在姿态与高度的控制方法中，利用姿态测量设备101的输出数据，获取当前移动平台的姿态信息；通过运动控制器100的位移寄存器，获取当前移动平台的高度信息。当这些信息与正常姿态、高度状态不同时，由移动平台运动控制器100控制驱动装置1D-8D和传动机构，完成移动平台的姿态与高度调节，使移动平台恢复正常的姿态和高度。

Description

多足移动平台及其姿态与高度的控制方法

技术领域

本发明涉及一种移动平台，以及移动平台的姿态与高度控制方法，该移动平台具有在任意时刻，根据姿态测量设备测得移动平台的姿态，进行姿态调整，和根据运动控制器的位移寄存器的数值，进行高度调整，恢复到正常姿态和高度的功能。

背景技术

常见的移动平台装置多是通过轮子转动实现滑行的移动平台和2足或多足式的移动平台等具有不同形式的移动装置。

轮式机构移动平台由于底盘较低，受外界环境影响较高，不适合应用在地面起伏大或水位深等外界环境较复杂的场合，因此常见的轮式移动平台在很多应用场合将会受到限制。足式移动平台适应复杂环境能力比较强，也可适用于水中或地面起伏比较大的场合。但是在外界受力或自身的负载发生变化的场合，移动平台的姿态和高度很有可能会发生较大的改变。而这种改变有可能会对装置的运动功能和结构造成危害和故障，同时也有可能对使用环境或使用者造成危害。比如抗洪抢险中，智能打桩机的输送和支撑移动平台，在打桩机的工作过程中，移动平台将会受到外界水流冲击力的影响，同时打桩机构工作过程中负载发生较大变化，为了确保打桩机的正常工作，这一系列的环境变化对打桩机输送和支撑移动平台提出了更高的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种可以在任意时刻可实现调整移动平台的姿态与高度，防止在异常状态时移动平台发生故障和事故，从而提高移动平台的稳定性和可靠性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种多足移动平台，包括平台装置、足部装置、控制装置和平台姿态测量设备，其特征在于：所述平台装置包括两个平台，平台一10用于承载需要运送或者支撑的装置，平台一下面由四个足部装置：足一、足二、足三、足四支撑、平台二下面由四个足部装置：足五、足六、足七、足八支撑，平台二与平台一上下垂直交叉叠放，平台二位于平台一下方，平台二与平台一通过运动导轨连接，平台二的上表面沿与平台一垂直方向设置有导轨二，平台一由左右方向的液压缸二推动，可使平台一沿导轨二来回运动，实现平台一和平台二相对的左右运动，平台一上表面沿长度方向设置有导轨一，导轨一上方承载需要运送与支撑的装置，承载的装置由前后方向的液压缸一推动，可使支撑的装置沿导轨一来回运动，实现平台一与承载装置相对的前后运动，平台间的相对运动即可实现移动平台的向左、向右、向前、向后的行走；

所述控制装置，主要包括运动控制器100，运动控制器100与端子连接板102相连，端子连接板102连接伺服电机的驱动器1D、驱动器2D、驱动器3D、驱动器4D、驱动器5D、驱动器6D、驱动器7D、驱动器8D，所述运动控制器用于运动过程数值的运算、根据运算结果判断是否执行相应的调整动作，发出对足部装置的控制信号，使得足部装置执行相应动作，完成平台调整过程的控制；

所述平台姿态测量设备用于移动平台姿态的信息获取，并将信息传送至运动控制器中，平台姿态测量设备放置于平台一和平台二相交中心的正上方。

所述平台姿态测量设备可采用电子罗盘读取姿态信息，电子罗盘实时输出载体的航向角、俯仰角和侧滚角三个方向上的姿态数据，因而能满足移动平台在运动过程中保持姿态稳定的设计要求。

所述平台姿态测量设备与运动控制器之间通过标准的RS-232串口通信方式进行数据传输。

所述足部装置，包括伺服电机、缓冲弹簧、电动油缸、足部传感器和行程限位开关，伺服电机轴旋转一定的角度通过齿轮传动机构带动电动油缸内的丝杠旋转，由丝杠的旋转实现电动油缸的伸长与缩短，缓冲弹簧外套于足部装置的轴的底端上方，用于减轻电动油缸减速运动的震动和配合足部传感器的使用，足部传感器设置于缓冲弹簧上方，用于检测足部装置底端着地状态，行程限位开关设置于电动油缸外部，用于限制足部装置的最大运动行程，足部装置准备运动时，由伺服电机轴的转动经过一定传动比的齿轮传动机构啮合，将运动传递给电动油缸，实现足部装置的上下运动，当足部装置的轴的底端由悬空状态到接触地面时，足部传感器信号发生跳变，伺服电机以设定的减速度做减速运动，压缩缓冲弹簧，最终运动停止。

建立直角坐标系，平台一为上平台，平台二为下平台，平台一、平台二垂直交叉叠放，以交叉的平台中心为原点，平台一、平台二的对称中心线分别为Y 、X轴，方向分别指向前和向右为正方向。

移动平台八个足部装置足号的定义：

移动平台一的前左足定义为足一，前右足定义为足二，后右足定义为足三，后左足定义为足四，平台二的左前足定义为足五，右前足定义为足六，右后足定义为足七，左后足定义为足八。

俯仰角和侧滚角及其正负的定义：

俯仰角：在定义的直角坐标系下Y轴绕X轴旋转的角度。

正负方向：从X轴正方向看，Y轴绕X轴逆时针旋转，此时定义俯仰角为正值。

从X轴正方向看，Y轴绕X轴顺时针旋转，此时定义俯仰角为负值。

侧滚角：在定义的直角坐标系下X轴绕Y轴旋转的角度。

正负方向：从Y轴正方向看，X轴绕Y轴逆时针旋转，此时定义侧滚角为正值。

          从Y轴正方向看，X轴绕Y轴顺时针旋转，此时定义侧滚角为负值。

足部装置运动的方式：

本例采用的是伺服电机的速度控制模式，实现足部装置姿态调整过程中足部运动的位置控制和着地控制。

前述的多足移动平台的姿态控制方法，其特征在于，包括以下两种方式：

第一种方式：多足移动平台的足部装置根据指定位移实现位置控制：

步骤S11中，设置伺服电机匀速运动状态的目标速度、加速运动状态的加速度和减速运动状态的减速度，然后清除运动控制器中伺服电机位移寄存器的值；

步骤S12中，启动伺服电机并以步骤S11中设置的伺服电机加速度加速到设置的目标速度后匀速运动；

在步骤S13、S14中，读取运动控制器中伺服电机的位移寄存器的值，并比较判断位移寄存器的值与规划的位移值是否相等；

如果步骤S14判断条件不成立，重复执行步骤S13和步骤S14，直到运动控制器中位移寄存器的值到达指定的位移规划位置；

步骤S14成立，执行步骤S15运动控制器驱动伺服电机减速停止，完成移动平台的足部装置根据指定位移实现位置控制；

第二种方式：多足移动平台的足部装置根据足部传感器信号实现着地控制：

在步骤S21中，设置伺服电机匀速运动状态的目标速度、加速运动状态的加速度和减速运动状态的减速度；

在步骤S22中，启动伺服电机并以步骤S21中设置的伺服电机加速度加速到设置的目标速度后匀速运动；

在步骤S23、S24中，读取足部传感器信号，并判断足部传感器信号是否发生跳变，如果步骤S24判断条件不成立，重复执行步骤S23、S24，直到足部传感器信号发生跳变；

如果步骤S24成立，执行步骤S25运动控制器驱动伺服电机减速停止，完成移动平台的足部装置根据足部传感器信号实现着地控制。

前述的多足移动平台的姿态控制方法，其特征在于：多足移动平台的姿态包括前后和左右两个方向的调整，设置姿态调整的预定范围，即                                               

，其中

为移动平台的俯仰角或侧滚姿态角，

为移动平台需要姿态调整的俯仰角或者侧滚角的最小值；

由姿态测量设备电子罗盘测得的俯仰角和侧滚角的数值，由运动控制器判断是否满足预定范围，根据上述判别结果分别对前后足部装置（图1所示1、2、3、4）或左右足部装置（图1所示5、6、7、8）进行相应的高度补偿。

前述的多足移动平台的姿态控制方法，其特征在于：移动平台前后方向的姿态调整方法：

在步骤S31读取姿态测量设备电子罗盘返回的俯仰角数值，接着在步骤S32中，由运动控制器做出角度值判断，移动平台是否需要进行前后方向的姿态调整;

如果读取的俯仰角数值满足

，步骤S32成立，则执行步骤S33，进一步由运动控制器判断俯仰角数值是大于零还是小于零;

如果步骤S32不成立，即读取的俯仰角数值不在预定的调整范围内，则不执行任何动作，直接跳出程序，此时移动平台前后方向姿态调整结束;

在步骤S33中，如果判断读取的俯仰角数值大于零，则由运动控制器计算足部装置：足一、足二、足三、足四需要补偿的位移，下面依次执行步骤S34、S35、S36、S37，在步骤S34中，执行足三、足四向下运动补偿位移的二分之一，然后在步骤S35中，执行足五、足六、足七、足八向上运动一定的位移，再执行步骤S36，足一、足二向上运动补偿位移的二分之一，最后执行步骤S37，足五、足六、足七、足八以足部传感器为停止运动信号向下运动，恢复到八足着地状态，此时移动平台前后方向姿态调整结束；

如果步骤S33不成立，即读取的俯仰角数值小于零，则由运动控制器计算足一、足二、足三、足四需要补偿的位移，下面依次执行步骤S38、S39、S310、S311，在步骤S38中，执行足一、足二向下运动补偿位移的二分之一，然后在步骤S39中，执行足五、足六、足七、足八向上运动一定的位移，再执行步骤S310，足三、足四向上运动补偿位移的二分之一，最后执行步骤S311，足五、足六、足七、足八以足部传感器为停止运动信号向下运动，恢复到八足着地状态，最后移动平台前后方向姿态调整结束。

移动平台左右方向的姿态调整方法：

在步骤S41读取姿态测量设备电子罗盘返回的侧滚角数值，接着在步骤S42中，由运动控制器做出角度值判断，移动平台是否需要进行左右方向的姿态调整；

如果读取的侧滚角数值满足，步骤S42成立，则执行步骤S43，进一步由运动控制器判断侧滚角数值是大于零还是小于零；

如果步骤S42不成立，即读取的侧滚角数值不在预定的调整范围内，则不执行任何动作，直接跳出程序，结束移动平台左右方向姿态调整；

在步骤S43中，如果判断读取的侧滚角数值大于零，则由运动控制器计算足五、足六、足七、足八需要补偿的位移，下面依次执行步骤S44、S45、S46、S47，在步骤S44中，执行足六、足七向下运动补偿位移的二分之一，然后在步骤S45中，执行足一、足二、足三、足四向上运动一定的位移，再执行步骤S46，足五、足八向上运动补偿位移的二分之一，最后执行步骤S47，足一、足二、足三、足四以足部传感器为停止运动信号向下运动，恢复到八足着地状态，此时移动平台前后方向姿态调整结束；如果步骤S43不成立，即读取的侧滚角数值小于零，则由运动控制器计算足五、足六、足七、足八需要补偿的位移，下面依次执行步骤S48、S49、S410、S411，在步骤S48中，执行足五、足八向下运动补偿位移的二分之一，然后在步骤S49中，执行足 一、足二、足三、足四向上运动一定的位移，再执行步骤S410，足六、足七向上运动补偿位移的二分之一，最后执行步骤S411，足一、足二、足三、足四以足部传感器为停止运动信号向下运动，恢复到八足着地状态，最后移动平台左右方向姿态调整结束。

对于上述的运动控制器补偿位移的计算，所述八足移动平台的左右姿态倾斜时，运动控制器对左右姿态调整的补偿位移计算方法：

X轴为移动平台正常姿态的坐标轴X，

轴为移动平台发生左右姿态倾斜时X轴所在的位置，

为移动平台左右姿态倾斜时与移动平台正常姿态时移动平台在左右方向上偏离的角度， 101为姿态测量设备电子罗盘，安装在直角坐标系下X轴和Y轴相交的原点上；52为移动平台足一、足二；53为移动平台足五、足八；54为移动平台足六、足七；55为移动平台足二、足三；h为移动平台左右姿态倾斜时移动平台足五、足八与足六、足七的高度差，在移动平台左右方向倾斜时，运动控制器读取姿态测量设备电子罗盘的角度值为当前

轴偏离正常姿态的X轴的角度

，为使得姿态恢复为正常姿态，则运动控制器计算侧滚角的补偿位移为足五、足八与足六、足七的高度差即h的值，设移动平台在X轴的长度为L，则补偿位移应为移动平台在X轴的长度与电子罗盘测得的侧滚角的正弦值，即

。

对于上述的运动控制器补偿位移的计算，所述八足移动平台的前后姿态倾斜时，运动控制器对前后姿态调整的补偿位移计算方法：

Y轴为移动平台正常姿态的坐标轴Y，

轴为移动平台发生左右姿态倾斜时Y轴所在的位置，

为移动平台前后姿态倾斜时与移动平台正常姿态时移动平台在前后方向上偏离的角度， 101为姿态测量设备，安装在直角坐标系下X轴和Y轴相交的原点上；62为移动平台足七、足八；63为移动平台足三、足四；64为移动平台足一、足二；65为移动平台足五、足六；

为移动平台前后姿态倾斜时移动平台足一、足二与足三、足四的高度差，在移动平台前后方向倾斜时，运动控制器读取姿态测量设备的角度值为当前

轴偏离正常姿态的Y轴的角度

，为使得姿态恢复为正常姿态，则运动控制器计算侧滚角的补偿位移为足一、足二与足三、足四的高度差即

的值，设移动平台在X轴的长度为N，则补偿位移应为移动平台在Y轴的长度与电子罗盘测得的俯仰角的正弦值，即。

移动平台高度的姿态调整方法：

前述的多足移动平台的整体高度调整的方法，其特征在于，包括以下步骤：

在步骤S51中，运动控制器获取移动平台高度相关信息，通过读取多次累计位移寄存器的值，取其所有累计的值的代数和再取平均值；

在步骤S52中，由运动控制器判断移动平台高度是否在预定的调整范围内，如果步骤S52不成立，即移动平台不需要高度调整，不执行任何动作，直接跳出程序，此时移动平台高度调整结束，如果步骤S52成立，则执行步骤S53，再由运动控制器进行判断其平均值是否大于零，并计算移动平台高度调整的补偿位移；

如果上述运算后的平均值大于零，说明移动平台整体需要向下调整，则依次执行步骤S54、S55、S56，在步骤S54中，移动平台足一、足二、足三、足四向上运动一定的位移，其次在步骤S55中，移动平台足五、足六、足七、足八向上运动在步骤S53中计算的补偿位移量，最后在步骤S56中，移动平台足五、足六、足七、足八以足部传感器跳变为停止运动信号向下运动，最终恢复到八足着地状态，此时移动平台高度调整结束；

如果在步骤S53中，运算后的平均值小于零，说明移动平台整体需要向上调整，则依次执行步骤S57、S58，在步骤S57中，移动平台足五、足六、足七、足八向下运动在步骤S53中计算的补偿位移量，然后在步骤S58中，移动平台足一、足二、足三、足四以足部传感器跳变为停止运动信号向下运动，最终恢复到八足着地状态，最后移动平台高度调整结束。

本发明的移动平台姿态和高度调整装置，可以识别移动平台的姿态，并输出姿态结果的装置；根据上述姿态识别装置的结果，判别移动平台主体是否成为向右、向左、向前和向后倾斜姿势的判别装置；可以提取、存储和计算位移寄存器的位移值，并判断移动平台装置是否需要高度调整判别的装置；在由上述姿势判别装置判别为所述倾斜姿势或高度偏移姿势时，根据上述识别结果使移动平台的足部动作以进行姿态恢复动作，经过前后姿势调整、左右姿势调整和高度偏移调整而恢复到正常姿势的控制装置。

附图说明

图 1 为本发明的八足移动平台的结构模型化的透视图；

图 2 为本发明的八足移动平台简化的足部装置透视图；

图 3 为本发明的八足移动平台控制系统的结构模型化的方块图；

图 4 为所述八足移动平台的运动控制器与姿态测量设备电子罗盘的串口通讯接口示意图；

图 5 为所述八足移动平台的直角坐标框图；

图 6 为前述多足移动平台的足部装置根据指定位移实现位置控制的程序流程图示意图；

图 7 为前述多足移动平台的足部装置根据足部传感器信号实现着地控制的程序流程图示意图；

图 8 为前述多足移动平台前后俯仰姿态调整方法的程序流程示意图；

图 9 为前述多足移动平台左右侧滚姿态调整方法的程序流程示意图；

图 10为所述多足移动平台左右姿态倾斜状态，侧面的几何简图；

图 11为所述多足移动平台前后姿态倾斜状态，侧面的几何简图；

    图 12 为前述多足移动平台高度调整方法的程序流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本发明适用于图1所示结构模型化的多足移动平台。

首先，依次详细说明移动平台的组成及其各个部分。

此多足移动平台为双层型八足移动平台，主要包括平台装置、足部装置、控制装置和姿态测量设备。

平台装置是整个姿态调整的主体，共有两个平台组成，平台一10用于承载需要运送或者支撑的装置11，下面是由足一1、足二2、足三3、足四4四个足部装置支撑、平台二9下面是由足五5、足六6、足七7、足八8四个足部装置支撑，平台二9与平台一10上下垂直交叉叠放，平台二9位于平台一10下方，平台二9与平台一10通过运动导轨连接，平台二9的上表面沿与平台一垂直方向设置有导轨二，平台一10由左右方向的液压缸二推动，可使平台一沿导轨二来回运动，实现平台一和平台二相对的左右运动，平台一10上表面沿长度方向设置有导轨一，导轨一上方承载需要运送与支撑的装置11，承载的装置11由前后方向的液压缸一推动，可使承载的装置沿导轨一来回运动，实现平台一与承载装置相对的前后运动，平台间的相对运动即可实现移动平台的向左、向右、向前、向后的行走。

足部装置，如图2所示，包括伺服电机33、缓冲弹簧36、电动油缸32、足部传感器39和行程限位开关38，伺服电机33轴旋转一定的角度通过齿轮传动机构31带动电动油缸32内的丝杠34旋转，由丝杠的旋转实现电动油缸的伸长与缩短，缓冲弹簧36外套于足部装置的轴的底端35上方，用于减轻电动油缸减速运动的震动和配合足部传感器的使用，足部传感器39设置于缓冲弹簧上方，用于检测足部装置底端着地状态，行程限位开关38设置于电动油缸外部，用于限制足部装置的最大运动行程，足部装置准备运动时，由伺服电机轴的转动经过一定传动比的齿轮传动机构31啮合，将运动传递给电动油缸32，实现足部装置的上下运动，当足部装置的轴的底端35由悬空状态到接触地面时，足部传感器39信号发生跳变，伺服电机33以设定的减速度做减速运动，压缩缓冲弹簧36，最终运动停止。

控制装置，如图3所示，包括运动控制器100、伺服电机的驱动器1D-8D及其端子连接板102。运动控制器是整个移动平台调整的控制核心，用于运动过程数值的运算、根据运算结果判断是否执行相应的调整动作，发出伺服电机的控制信号，执行动作，完成整个调整过程的控制。

姿态测量设备主要是移动平台姿态的信息获取，安放于移动平台的中心。在本例中，可采用电子罗盘读取姿态信息。

电子罗盘101能实时输出载体的航向角、俯仰角和侧滚角三个方向上的姿态数据，因而能满足移动平台在运动过程中保持姿态稳定的设计要求。它与运动控制器的连接方式，如图4所示，采用标准的RS-232串口通信方式进行数据传输的。

下面为了更好地说明移动平台姿态的调整过程，建立坐标系、定义足部装置足号等。

直角坐标系建立：

建立直角坐标系，如图5所示，平台一为上平台，平台二为下平台，平台一、平台二交叉叠放，以交叉的平台中心为原点，平台一、平台二的对称中心线分别为Y 、X轴，方向分别指向前和向右为正方向。

移动平台八个足部装置足号的定义：

移动平台八个足部装置足号的定义：

移动平台一的前左足定义为足一，前右足定义为足二，后右足定义为足三，后左足定义为足四，平台二的左前足定义为足五，右前足定义为足六，右后足定义为足七，左后足定义为足八。

俯仰角和侧滚角及其正负的定义：

俯仰角：在定义的直角坐标系下Y轴绕X轴旋转的角度。

正负方向：从X轴正方向看，Y轴绕X轴逆时针旋转，此时定义俯仰角为正值。

从X轴正方向看，Y轴绕X轴顺时针旋转，此时定义俯仰角为负值。

侧滚角：在定义的直角坐标系下X轴绕Y轴旋转的角度。

正负方向：从Y轴正方向看，X轴绕Y轴逆时针旋转，此时定义侧滚角为正值。

          从Y轴正方向看，X轴绕Y轴顺时针旋转，此时定义侧滚角为负值。

足部装置运动的方式：

本例采用的是伺服电机的速度控制模式，实现足部装置姿态调整过程中足部运动的位置控制和着地控制。

下面参照图6、7，说明在本发明中移动平台足部装置运动的两种方式：

第一种方式，如图 6 所示，多足移动平台的足部装置根据指定位移实现位置控制：首先在步骤S11中，设置伺服电机匀速运动状态的目标速度、加速运动状态的加速度和减速运动状态的减速度，然后清除运动控制器中伺服电机位移寄存器的值。接着在步骤S12中，启动伺服电机并以步骤S11中设置的伺服电机加速度加速到设置的目标速度后匀速运动。然后在步骤S13、S14中，读取运动控制器中伺服电机的位移寄存器的值，并比较判断位移寄存器的值与规划的位移值是否相等，如果步骤S14判断条件不成立，重复执行步骤S13、S14，直到运动控制器中位移寄存器的值到达指定的位移规划位置，步骤S14成立，执行步骤S15运动控制器驱动伺服电机减速停止。这样就完成了移动平台的足部装置根据指定位移实现位置控制。

第二种方式，如图 7 所示，多足移动平台的足部装置根据足部传感器信号实现着地控制：首先在步骤S21中，设置伺服电机匀速运动状态的目标速度、加速运动状态的加速度和减速运动状态的减速度。接着在步骤S22中，启动伺服电机并以步骤S21中设置的伺服电机加速度加速到设置的目标速度后匀速运动。然后在步骤S23、S24中，读取足部传感器信号，并判断足部传感器信号是否发生跳变，如果步骤S24判断条件不成立，重复执行步骤S23、S24，直到足部传感器信号发生跳变，步骤S24成立，执行步骤S25运动控制器驱动伺服电机减速停止。这样就完成了移动平台的足部装置根据足部传感器信号实现着地控制。

下面参照图8、9说明八足移动平台的姿态调整的方法。

八足移动平台的姿态调整总体上包括前后和左右两个方向的调整，根据实际的运行环境，设置姿态调整的预定范围，即

，其中

为移动平台的俯仰或侧滚姿态角，

为移动平台需要姿态调整的俯仰或者侧滚姿态角的最小值。再由本例采用的姿态测量设备电子罗盘测得的俯仰角和侧滚角的数值，由运动控制器判断是否满足预定范围，根据上述判别结果分别对前后足部装置（图1所示1、2、3、4）或左右足部装置（图1所示5、6、7、8）进行相应的高度补偿。

移动平台前后方向的姿态调整方法：参照图8所示，首先在步骤S31读取姿态测量设备电子罗盘返回的俯仰角数值，接着在步骤S32中，由运动控制器做出角度值判断，移动平台是否需要进行前后方向的姿态调整。如果读取的俯仰角数值满足，步骤S32成立，则执行步骤S33，进一步由运动控制器判断俯仰角数值是大于零还是小于零。如果步骤S32不成立，即读取的俯仰角数值不在预定的调整范围内，则不执行任何动作，直接跳出程序，此时移动平台前后方向姿态调整结束。在步骤S33中，如果判断读取的俯仰角数值大于零，则由运动控制器计算足一、足二、足三、足四需要补偿的位移，下面依次执行步骤S34、S35、S36、S37，在步骤S34中，执行足三、足四向下运动补偿位移的二分之一，然后在步骤S35中，执行足五、足六、足七、足八向上运动一定的位移，再执行步骤S36，足一、足二向上运动补偿位移的二分之一，最后执行步骤S37，足五、足六、足七、足八以足部传感器为停止运动信号向下运动，恢复到八足着地状态，此时移动平台前后方向姿态调整结束。如果步骤S33不成立，即读取的俯仰角数值小于零，则由运动控制器计算足一、足二、足三、足四需要补偿的位移，下面依次执行步骤S38、S39、S310、S311，在步骤S38中，执行足一、足二向下运动补偿位移的二分之一，然后在步骤S39中，执行足五、足六、足七、足八向上运动一定的位移，再执行步骤S310，足三、足四向上运动补偿位移的二分之一，最后执行步骤S311，足五、足六、足七、足八以足部传感器为停止运动信号向下运动，恢复到八足着地状态，最后移动平台前后方向姿态调整结束。

移动平台左右方向的姿态调整方法：

参照图9所示，首先在步骤S41读取姿态测量设备电子罗盘返回的侧滚角数值，接着在步骤S42中，由运动控制器做出角度值判断，移动平台是否需要进行左右方向的姿态调整。如果读取的侧滚角数值满足

，步骤S42成立，则执行步骤S43，进一步由运动控制器判断侧滚角数值是大于零还是小于零。如果步骤S42不成立，即读取的侧滚角数值不在预定的调整范围内，则不执行任何动作，直接跳出程序，结束移动平台左右方向姿态调整。在步骤S43中，如果判断读取的侧滚角数值大于零，则由运动控制器计算足五、足六、足七、足八需要补偿的位移，下面依次执行步骤S44、S45、S46、S47，在步骤S44中，执行足六、足七向下运动补偿位移的二分之一，然后在步骤S45中，执行足一、足二、足三、足四向上运动一定的位移，再执行步骤S46，足五、足八向上运动补偿位移的二分之一，最后执行步骤S47，足一、足二、足三、足四以足部传感器为停止运动信号向下运动，恢复到八足着地状态，此时移动平台前后方向姿态调整结束。如果步骤S43不成立，即读取的侧滚角数值小于零，则由运动控制器计算足五、足六、足七、足八需要补偿的位移，下面依次执行步骤S48、S49、S410、S411，在步骤S48中，执行足五、足八向下运动补偿位移的二分之一，然后在步骤S49中，执行足一、足二、足三、足四向上运动一定的位移，再执行步骤S410，足六、足七向上运动补偿位移的二分之一，最后执行步骤S411，足一、足二、足三、足四以足部传感器为停止运动信号向下运动，恢复到八足着地状态，最后移动平台左右方向姿态调整结束。

对于上述的运动控制器补偿位移的计算，下面参照图10举例说明所述八足移动平台的左右姿态倾斜时，运动控制器对左右姿态调整的补偿位移计算。

如图10所示，X轴为移动平台正常姿态的坐标轴X，

轴为移动平台发生左右姿态倾斜时X轴所在的位置，为移动平台左右姿态倾斜时与移动平台正常姿态时移动平台在左右方向上偏离的角度， 101为姿态测量设备电子罗盘，安装在直角坐标系下X轴和Y轴相交的原点上；52为移动平台足一、足四；53为移动平台足五、足八；54为移动平台足六、足七；55为移动平台足二、足三；h为移动平台左右姿态倾斜时移动平台足五、足八与足六、足七的高度差，在移动平台左右方向倾斜时，运动控制器读取姿态测量设备电子罗盘的角度值为当前轴偏离正常姿态的X轴的角度

，为使得姿态恢复为正常姿态，则运动控制器计算侧滚角的补偿位移为足五、足八与足六、足七的高度差即h的值，设移动平台在X轴的长度为L，则补偿位移应为移动平台在X轴的长度与电子罗盘测得的侧滚角的正弦值，即

。

下面参照图11举例说明所述八足移动平台的前后姿态倾斜时，运动控制器对前后姿态调整的补偿位移计算。

如图11所示，Y轴为移动平台正常姿态的坐标轴Y，

轴为移动平台发生左右姿态倾斜时Y轴所在的位置，

为移动平台前后姿态倾斜时与移动平台正常姿态时移动平台在前后方向上偏离的角度， 101为姿态测量设备，安装在直角坐标系下X轴和Y轴相交的原点上；62为移动平台足七、足八；63为移动平台足三、足四；64为移动平台足一、足二；65为移动平台足五、足六；

为移动平台前后姿态倾斜时移动平台足一、足二与足三、足四的高度差，在移动平台前后方向倾斜时，运动控制器读取姿态测量设备的角度值为当前

轴偏离正常姿态的Y轴的角度，为使得姿态恢复为正常姿态，则运动控制器计算侧滚角的补偿位移为足一、足二与足三、足四的高度差即

的值，设移动平台在X轴的长度为N，则补偿位移应为移动平台在Y轴的长度与电子罗盘测得的俯仰角的正弦值，即

。

移动平台高度的姿态调整方法：

下面参照图12，说明八足移动平台的整体高度调整的方法。

在步骤S51中，运动控制器获取移动平台高度相关信息，通过读取多次累计位移寄存器的值，取其所有累计的值的代数和再取平均值；

在步骤S52中，由运动控制器判断移动平台高度是否在预定的调整范围内，如果步骤S52不成立，即移动平台不需要高度调整，不执行任何动作，直接跳出程序，此时移动平台高度调整结束，如果步骤S52成立，则执行步骤S53，再由运动控制器进行判断其平均值是否大于零，并计算移动平台高度调整的补偿位移；

如果上述运算后的平均值大于零，说明移动平台整体需要向下调整，则依次执行步骤S54、S55、S56，在步骤S54中，移动平台足一、足二、足三、足四向上运动一定的位移，其次在步骤S55中，移动平台足五、足六、足七、足八向上运动在步骤S53中计算的补偿位移量，最后在步骤S56中，移动平台足五、足六、足七、足八以足部传感器跳变为停止运动信号向下运动，最终恢复到八足着地状态，此时移动平台高度调整结束；

如果在步骤S53中，运算后的平均值小于零，说明移动平台整体需要向上调整，则依次执行步骤S57、S58，在步骤S57中，移动平台足五、足六、足七、足八向下运动在步骤S53中计算的补偿位移量，然后在步骤S58中，移动平台足一、足二、足三、足四以足部传感器跳变为停止运动信号向下运动，最终恢复到八足着地状态，最后移动平台高度调整结束。

对于上述的运动控制器高度调整时补偿位移的计算，下面具体说明高度调整时，运动控制器对高度调整的补偿位移计算方法。

移动平台的高度调整依据为运动控制器中多次累计位移寄存器的数值，每次运动结束后运动控制器中位移寄存器清除之前，取出运动控制器中八个位移寄存器的位移值，多次运动累计的代数和的结果即为移动平台上升或者下降的高度脉冲数，通过伺服电机编码器的分辨率和倍频及电动油缸的导程参数，可以计算出移动平的高度偏移量，移动平台的高度偏移量即为移动平台的高度补偿位移。

综上所述，本发明涉及的移动平台装置，能够获取装置主体的姿态和高度信息，并根据获取的结果，判断是否对所述装置主体的姿态和高度进行修正，且能够从异常的状态自动的恢复到正常的状态。

因此，本发明可以提供一种能够从异常的状态独立的恢复还原到正常状态的移动平台装置。

本发明设计的移动平台具有对姿态和高度进行自动控制的功能，避免移动平台工作在异常状态下，保证移动平台的运动功能和结构的完整性，从而提高了移动平台的稳定性和可靠性。

以上已以较佳实施例公开了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采用等同替换或者等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多足移动平台，包括平台装置、足部装置、控制装置和平台姿态测量设备，其特征在于：所述平台装置包括两个平台，平台一（10）用于承载需要运送或者支撑的装置（11），平台一（10）下面由四个足部装置：足一（1）、足二（2）、足三（3）、足四（4）支撑、平台二（9）下面由四个足部装置：足五（5）、足六（6）、足七（7）、足八（8）支撑，平台二（9）与平台一（10）上下垂直交叉叠放，平台二（9）位于平台一（10）下方，平台二（9）与平台一（10）通过运动导轨连接；

所述控制装置，包括运动控制器（100），运动控制器（100）与端子连接板（102）相连，端子连接板（102）连接伺服电机的驱动器1D、驱动器2D、驱动器3D、驱动器4D、驱动器5D、驱动器6D、驱动器7D、驱动器8D，所述运动控制器用于运动过程数值的运算、根据运算结果判断是否执行相应的调整动作，发出对足部装置的控制信号，使得足部装置执行相应动作，完成平台调整过程的控制；

所述平台姿态测量设备用于移动平台姿态的信息获取，并将信息传送至运动控制器中，平台姿态测量设备放置于平台一和平台二相交中心的正上方。

2.根据权利要求1所述的多足移动平台，其特征在于：所述平台姿态测量设备采用电子罗盘。

3.根据权利要求1或2所述的多足移动平台，其特征在于：所述平台姿态测量设备与运动控制器之间通过标准的RS-232串口通信方式进行数据传输。

4.根据权利要求1所述的多足移动平台，其特征在于：所述足部装置，包括伺服电机（33）、缓冲弹簧（36）、电动油缸（32）、足部传感器（39）和行程限位开关（38），伺服电机（33）轴旋转一定的角度通过齿轮传动机构（31）带动电动油缸（32）内的丝杠旋转，由丝杠的旋转实现电动油缸的伸长与缩短，缓冲弹簧（36）外套于足部装置的轴的底端（35）上方，用于减轻电动油缸减速运动的震动和配合足部传感器的使用，足部传感器（39）设置于缓冲弹簧上方，用于检测足部装置底端着地状态，行程限位开关（38）设置于电动油缸外部，用于限制足部装置的最大运动行程，足部装置准备运动时，由伺服电机轴的转动经过一定传动比的齿轮传动机构（31）啮合，将运动传递给电动油缸（32），实现足部装置的上下运动，当足部装置的轴的底端（35）由悬空状态到接触地面时，足部传感器（39）信号发生跳变，伺服电机（33）以设定的减速度做减速运动，压缩缓冲弹簧（36），最终运动停止。

5.根据权利要求1所述的多足移动平台的姿态控制方法，其特征在于，包括以下两种方式：

第一种方式：多足移动平台的足部装置根据指定位移实现位置控制：

步骤S11中，设置伺服电机匀速运动状态的目标速度、加速运动状态的加速度和减速运动状态的减速度，然后清除运动控制器中伺服电机位移寄存器的值；

步骤S12中，启动伺服电机并以步骤S11中设置的伺服电机加速度加速到设置的目标速度后匀速运动；

在步骤S13、S14中，读取运动控制器中伺服电机的位移寄存器的值，并比较判断位移寄存器的值与规划的位移值是否相等；

如果步骤S14判断条件不成立，重复执行步骤S13和步骤S14，直到运动控制器中位移寄存器的值到达指定的位移规划位置；

步骤S14成立，执行步骤S15运动控制器驱动伺服电机减速停止，完成移动平台的足部装置根据指定位移实现位置控制；

第二种方式：多足移动平台的足部装置根据足部传感器信号实现着地控制：

在步骤S21中，设置伺服电机匀速运动状态的目标速度、加速运动状态的加速度和减速运动状态的减速度；

在步骤S22中，启动伺服电机并以步骤S21中设置的伺服电机加速度加速到设置的目标速度后匀速运动；

在步骤S23、S24中，读取足部传感器信号，并判断足部传感器信号是否发生跳变，如果步骤S24判断条件不成立，重复执行步骤S23、S24，直到足部传感器信号发生跳变；

如果步骤S24成立，执行步骤S25运动控制器驱动伺服电机减速停止，完成移动平台的足部装置根据足部传感器信号实现着地控制。

6.根据权利要求5所述的多足移动平台的姿态控制方法，其特征在于：多足移动平台的姿态包括前后和左右两个方向的调整，设置姿态调整的预定范围，即                                               

，其中为移动平台的俯仰角或侧滚姿态角，

为移动平台需要姿态调整的俯仰角或者侧滚角的最小值。

7.根据权利要求6所述的多足移动平台的姿态控制方法，其特征在于：移动平台前后方向的姿态调整方法：

在步骤S31读取姿态测量设备电子罗盘返回的俯仰角数值，接着在步骤S32中，由运动控制器做出角度值判断，移动平台是否需要进行前后方向的姿态调整;

如果读取的俯仰角数值满足，步骤S32成立，则执行步骤S33，进一步由运动控制器判断俯仰角数值是大于零还是小于零;

如果步骤S32不成立，即读取的俯仰角数值不在预定的调整范围内，则不执行任何动作，直接跳出程序，此时移动平台前后方向姿态调整结束;

在步骤S33中，如果判断读取的俯仰角数值大于零，则由运动控制器计算足部装置:足一、足二、足三、足四需要补偿的位移，下面依次执行步骤S34、S35、S36、S37，在步骤S34中，执行足三、足四向下运动补偿位移的二分之一，然后在步骤S35中，执行足五、足六、足七、足八向上运动一定的位移，再执行步骤S36，足一、足二向上运动补偿位移的二分之一，最后执行步骤S37，足五、足六、足七、足八以足部传感器为停止运动信号向下运动，恢复到八足着地状态，此时移动平台前后方向姿态调整结束；

如果步骤S33不成立，即读取的俯仰角数值小于零，则由运动控制器计算足一、足二、足三、足四需要补偿的位移，下面依次执行步骤S38、S39、S310、S311，在步骤S38中，执行足一、足二向下运动补偿位移的二分之一，然后在步骤S39中，执行足五、足六、足七、足八向上运动一定的位移，再执行步骤S310，足三、足四向上运动补偿位移的二分之一，最后执行步骤S311，足五、足六、足七、足八以足部传感器为停止运动信号向下运动，恢复到八足着地状态，最后移动平台前后方向姿态调整结束。

8.根据权利要求6所述的多足移动平台的姿态控制方法，其特征在于：移动平台左右方向的姿态调整方法：

在步骤S41读取姿态测量设备电子罗盘返回的侧滚角数值，接着在步骤S42中，由运动控制器做出角度值判断，移动平台是否需要进行左右方向的姿态调整；

如果读取的侧滚角数值满足

，步骤S42成立，则执行步骤S43，进一步由运动控制器判断侧滚角数值是大于零还是小于零；

如果步骤S42不成立，即读取的侧滚角数值不在预定的调整范围内，则不执行任何动作，直接跳出程序，结束移动平台左右方向姿态调整；

在步骤S43中，如果判断读取的侧滚角数值大于零，则由运动控制器计算足五、足六、足七、足八需要补偿的位移，下面依次执行步骤S44、S45、S46、S47，在步骤S44中，执行足六、足七向下运动补偿位移的二分之一，然后在步骤S45中，执行足一、足二、足三、足四向上运动一定的位移，再执行步骤S46，足五、足八向上运动补偿位移的二分之一，最后执行步骤S47，足一、足二、足三、足四以足部传感器为停止运动信号向下运动，恢复到八足着地状态，此时移动平台前后方向姿态调整结束；如果步骤S43不成立，即读取的侧滚角数值小于零，则由运动控制器计算足五、足六、足七、足八需要补偿的位移，下面依次执行步骤S48、S49、S410、S411，在步骤S48中，执行足五、足八向下运动补偿位移的二分之一，然后在步骤S49中，执行足一、足二、足三、足四向上运动一定的位移，再执行步骤S410，足六、足七向上运动补偿位移的二分之一，最后执行步骤S411，足一、足二、足三、足四以足部传感器为停止运动信号向下运动，恢复到八足着地状态，最后移动平台左右方向姿态调整结束。

9.根据权利要求7或8所述的多足移动平台的姿态控制方法，其特征在于：    所述八足移动平台的前后姿态倾斜时，前后姿态调整的补偿位移计算方法：

Y轴为移动平台正常姿态的坐标轴Y，

轴为移动平台发生左右姿态倾斜时Y轴所在的位置，

为移动平台前后姿态倾斜时与移动平台正常姿态时移动平台在前后方向上偏离的角度， 101为姿态测量设备，安装在直角坐标系下X轴和Y轴相交的原点上；62为移动平台足七、足八；63为移动平台足三、足四；64为移动平台足一、足二；65为移动平台足五、足六；

为移动平台前后姿态倾斜时移动平台足一、足二与足三、足四的高度差，在移动平台前后方向倾斜时，运动控制器读取姿态测量设备的角度值为当前

轴偏离正常姿态的Y轴的角度，为使得姿态恢复为正常姿态，则运动控制器计算侧滚角的补偿位移为足一、足二与足三、足四的高度差即

的值，设移动平台在X轴的长度为N，则补偿位移应为移动平台在Y轴的长度与电子罗盘测得的俯仰角的正弦值，即；

所述八足移动平台的左右姿态倾斜时，左右姿态调整的补偿位移计算方法：

X轴为移动平台正常姿态的坐标轴X，

轴为移动平台发生左右姿态倾斜时X轴所在的位置，

为移动平台左右姿态倾斜时与移动平台正常姿态时移动平台在左右方向上偏离的角度， 101为姿态测量设备，安装在直角坐标系下X轴和Y轴相交的原点上；52为移动平台足一、足四；53为移动平台足五、足八；54为移动平台足六、足七；55为移动平台足二、足三；h为移动平台左右姿态倾斜时移动平台足五、足八与足六、足七的高度差，在移动平台左右方向倾斜时，运动控制器读取姿态测量设备的角度值为当前轴偏离正常姿态的X轴的角度

，为使得姿态恢复为正常姿态，则运动控制器计算侧滚角的补偿位移为足五、足八与足六、足七的高度差即h的值，设移动平台在X轴的长度为L，则补偿位移应为移动平台在X轴的长度与电子罗盘测得的侧滚角的正弦值，即

。

10.根据权利要求1所述的多足移动平台的整体高度调整的方法，其特征在于，包括以下步骤：

在步骤S51中，运动控制器获取移动平台高度相关信息，通过读取多次累计位移寄存器的值，取其所有累计的值的代数和再取平均值；

在步骤S52中，由运动控制器判断移动平台高度是否在预定的调整范围内，如果步骤S52不成立，即移动平台不需要高度调整，不执行任何动作，直接跳出程序，此时移动平台高度调整结束，如果步骤S52成立，则执行步骤S53，再由运动控制器进行判断其平均值是否大于零，并计算移动平台高度调整的补偿位移；

如果上述运算后的平均值大于零，说明移动平台整体需要向下调整，则依次执行步骤S54、S55、S56，在步骤S54中，移动平台足一、足二、足三、足四向上运动一定的位移，其次在步骤S55中，移动平台足五、足六、足七、足八向上运动在步骤S53中计算的补偿位移量，最后在步骤S56中，移动平台足五、足六、足七、足八以足部传感器跳变为停止运动信号向下运动，最终恢复到八足着地状态，此时移动平台高度调整结束；

如果在步骤S53中，运算后的平均值小于零，说明移动平台整体需要向上调整，则依次执行步骤S57、S58，在步骤S57中，移动平台足五、足六、足七、足八向下运动在步骤S53中计算的补偿位移量，然后在步骤S58中，移动平台足一、足二、足三、足四以足部传感器跳变为停止运动信号向下运动，最终恢复到八足着地状态，最后移动平台高度调整结束。

Images