CN106882283B - 一种机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机器人，此机器人设计配合底盘装置的独立主动悬挂型装置，保证了机身的稳定性，可以获得最灵活的运动性能，不但可以像一般车辆行驶，还可以原地旋转及全向行走，在行走间转向也有最小的转弯半径，不占空间；优秀的爬坡、爬楼及越障能力，可以越过45度的陡坡；另外本发明可随时且适应性的变换机身高度，机器人的伸缩式颈部可改变质心位置，又能调整增加颈部的视野，且保证机器人的颈部在三个轴向上的角度稳定性并减缓行驶中地面不平稳造成机身的震动，使行进中机器人的机身稳定不会倾倒。

Description

一种机器人系统

技术领域

本发明为提供一种机器人，尤其是可在各种条件运行时具有稳定的机身，且在三个轴向转动时，机器人的颈部能够有角度稳定性的机器人。

背景技术

安防监控用机器人在工业、农业、反恐、防爆、空间探测等各个领域领域，有着非常广阔的应用。传统上的安防监控用机器人的硬件云台包括了三轮底盘及四轮底盘。三轮底盘及四轮底盘包括不同的传动系统，可使用两主动轮驱动、三主动或是四主动轮驱动系统。轮体部份可配合使用全向轮(Omni wheel)或是麦克纳姆轮(Mecanum wheel)搭配而实现万向移动的功能。

麦克纳姆轮是一种可以实现前行、斜行、横移及旋转或是其组合等运动方式，可全方位移动的轮子，该轮的特点是以传统车轮的基础上，在轮缘上再沿与轴线成45°方向安装若干可以自由旋转的小滚筒，于车轮滚动时，小滚轴就会产生侧向运动而形成不同方向的组合力。通过麦克纳姆轮将力组合使用和控制，可以使车体产生任意方向移动和转动。但此轮仅能适用在卡车或是大型车辆上，且此轮行走速度较慢，故用于机器人上会有移动困难的问题。

中国发明专利第CN 104714550A号揭示一种用于防控之机器人。其使用麦克纳姆轮构成之四轮底盘，加上可移动的颈部装置及顶部摄像头构成可在定点范围内进行电力设备的巡检各种物理量的防控机器人。但是此装置移动时需要配合磁道进行，仅能单向行走，且顶部摄像头仅能进行小角度移动，故增加在拍摄时的困难度，且需增加防控之机器人操作云台的数量，相对不便。

另外，美国公告专利第US 8644991B2号揭示一种用于军事安防之机器人。其不需要安装磁道机身即可移动，并具有爬楼梯和爬坡功能，另配合有顶部之摄像头及颈部的折迭伸缩功能，可在机体行进间调整整个机身的质心并调整摄像高度及位置，让移动时机身保持稳定不翻倒。且使用六轮传动增强移动性及地形适应性。但是此发明具有以下缺点：1.爬坡能力低于40度，爬坡能力较差。2.虽然配具六轮，但是轮子的移动受限于履带及底盘的控制，故旋转能力较无履带限制的一般六轮传动车差。3.仅能进行折迭式伸缩摄像头，但折迭式伸缩器使用时占据体积，且遇到障碍物时伸展困难，且伸缩器较为笨重，收藏不易。

综上所述，现有机器人的平台在设计上主要存在行动能力问题，比如爬坡能力差，越障能力差，无法高速行走等。除了底盘因素外，质心过高无法在倾斜等状态下运作亦为机器人行动缓慢的原因。若无法保持机器人的机身稳定，则保证机器人工作顺畅。比如获取影像是现在大部分机器人的主要任务之一，因为现有机器人在减震和通过性以及因为结构造成的身体不够平稳的缺陷而无法持续稳定获取图像。

发明内容

本发明提供一种机器人，机器人包括头部、颈部、主体部及轮体部，颈部藉由第一枢接轴与颈部枢接、颈部与主体部枢接，以及主体部设置于轮体部上，其特征在于，包含：颈部具有第一枢接轴，第一枢接轴控制颈部在三个轴方向上移动以帮助机器人达到平衡；颈部具有第二枢接轴，利用第二枢接轴控制颈部升降或是前后伸展以改变机器人的质心位置；主体部与颈部以第三枢接轴枢接，控制第三枢接轴及主体部以改变机器人质心高度；以及轮体部具有多个轮胎装置，每一个轮胎装置是独立的转向轮，且每一个轮胎装置的状态都能被轮胎装置内部或外部的轮胎感测模块所感知。机器人还具有控制系统，类似人的大脑，用于控制各部件的运作。当机器人在移动时，藉由轮胎感测模块测得每一个轮胎装置的信息，包括轮胎装置与移动路面之间的受力情况以及与路面之间的角度，转速，压强，与主体部的相对位置，等，并可将所述轮胎装置的信息传输到控制系统，控制系统可以藉由所感知的每一个轮胎装置的信息以调整第一枢接轴、第二枢接轴及第三枢接轴的三轴方向，使得机器人在移动时可以保持机身的平衡。

优选的，机器人的控制系统具有感知模块，可以接受并感测外界信息，包括声波、光波、电磁波、压强、速度、角速度、磁场、温度等，用以监控所在环境，并可藉由所接收的外界信息的运算结果，发出指令以调整机器人的第一转向轴、第二转向轴及第三转向轴的三维座标。

优选的，颈部的移动量可为角度量、长度量、速度量或是角速度量。

优选的，颈部更包括：伸缩装置，用以改变颈部的坐标及升降装置，用以改变颈部的高度。

优选的，轮体部更包括具有独立式主动悬吊器及控制器的底盘装置。所述主动悬挂器可以在控制器的控制下实现位移、伸缩、改变角度等相对运动，起到平衡各个轮足所受压力、主动抬高以躲避障碍，爬越楼梯等障碍物等作用。

优选的，其中轮体部中，该轮胎装置为360度转向轮。

优选的，其中轮体部中的该轮胎装置的数量为六个。

优选的，其中机器人可爬行的坡度为±45度。

本发明另外提供一种机器人的控制方法，包括了：使用机器人的各部件操作。机器人的控制系统接受并感测外界信息后，发出第一操作指令至颈部操作装置及主体部的驱动装置；颈部操作装置产生第一颈部控制讯号让颈部处理；颈部处理第一颈部控制讯号以让机器人的颈部进行伸缩、升降或是旋转活动；主体部中的驱动装置产生第二颈部控制讯号予颈部处理，及产生第一驱动讯号至致动装置处理；致动装置处理后，生成第一致动讯号予轮体部，并操控轮胎装置作动。

优选的，机器人的颈部进行伸缩或是旋转活动的方式包括藉由颈部中的伸缩装置进行伸缩及旋转，藉由颈部中的升降装置进行升降。

优选的，操控轮胎装置作动的方式包括轮体部接收第一致动讯号后，藉由底盘装置内的悬吊器产生绝对位置给予轮胎装置。

优选的，第二操作指令讯号包含质心位置讯号。

本发明的有益效果为：灵活的运动性，不但可以像一般车辆行驶，还可以原地旋转及全向行走，在行走间转向也有最小的转弯半径，不占空间；具有优秀的爬坡、越障及爬楼能力，可以越过±45度的陡坡或爬越楼梯；及灵活的颈部像云台一样保证头部在三个轴向上的角度稳定性并减缓高速行驶中地面不平稳造成头部的震动，在爬坡、越障及爬楼过程中机器人的机身质心稳定，平衡性较好。

附图说明

图1是根据本发明所揭露的技术，表示机器人各部件的架构图；

图2是根据本发明所揭露的技术，表示机器人的颈部运作流程的简易流程图；

图3是根据本发明所揭露的技术，表示机器人的轮体部的架构图；

图4是根据本发明所揭露的技术，表示机器人轮体部作动时示意图；

图5是根据本发明所揭露的技术，表示机器人的轮体部爬坡时或爬阶梯时的示意图；

图6是根据本发明所揭露的技术，表示机器人的颈部及颈部简化之架构图；

图7是根据本发明所揭露的技术，显示机器人行进时在不同状况，机器人运动的上视图；

图8是动力轮的示意图。

图9是根据本发明所揭露的技术，表示机器人的运作方式流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术特征及优点，能更为相关技术领域人员所了解，并得以实施本发明，在此配合所附的图式、具体阐明本发明的技术特征与实施方式，并列举较佳实施例进一步说明。以下文中所对照的图式，为表达与本发明特征有关的示意，并未亦不需要依据实际情形完整绘制。而关于本案实施方式的说明中涉及本领域技术人员所熟知的技术内容，亦不再加以陈述。

请参照图1，图1为机器人各部件的架构图。包括头部1、颈部2、主体及轮体部。头部1，包括颈部操作装置12。控制系统11(图中未显示)可接受外界信息，并加以处理，转换为操作指令。

颈部操作装置12为控制颈部2动作的部件，接收控制系统11(图中未显示)的所输出的一连串第一操作指令，转换成位置坐标以控制颈部2作动，颈部操作装置12更包含伺服动力装置，所述伺服动力装置可为单独一颗可在进行三方向控制的三向马达或是三颗仅能控制单轴的单向马达，以实现头部1或是颈部2在三个方向上运动，活动类似人类关节。颈部操作装置12另包含传感器，所述传感器可以是惯性测量单元(IMU)和磁强计，以测量头部1在惯性空间的姿态变化，并通过控制伺服动力装置，以实现头部1水平和直向上姿态稳定。另外，在向上抬头、向下低头及左右转头时均可以使头部1实现水平姿态的稳定，左右转头时可实现直向的稳定。该机器人的头部1可在稳定状态下执行欲进行的工作，亦可以指令追踪状态下执行。机器人的能源供应一般为电能，可为发电机、充电电池或一次性电池，在节能低碳的考虑下，以充电电池(未标示在图1)为较优选的方式。

头部1的运作方式可为下列叙述：控制系统11具有同步接收人类讯号的功能，可根据人类的指挥动作，例如挥手或是跳动等身体语言，输出操作指令给颈部操作装置12，再由颈部操作装置12控制颈部2作动以符合操作者所需。例如操作者想要机器人头部1向上抬，即把手往上挥动，机器人的控制系统11接收到此挥动的画面后即控制头部1往上抬。于另一运作实施例，操作者在指挥机器人时带上虚拟眼镜，此虚拟眼镜可看到的画面与机器人控制系统11接收的画面信息同步的，当操作者见到虚拟眼镜中的画面是楼梯时，即可以通过控制系统11向机器人下达爬楼梯的指令，机器人的控制系统11接受至此信息后即会往上爬楼梯。

颈部2，连接于头部1，受控于头部1及主体部3，于颈部2内包括伸缩装置21及升降装置22，其中，伸缩装置21是用以改变颈部2的坐标，且具有整体倾斜运动的功能，其附有三枢接轴及两连接杆，枢接轴类似人体的关节，连接杆类似人体的骨骼。第一枢接轴与头部1及第一连接杆连接。配合图2揭露的机器人头部1运作时动态示意图，第一枢接轴可于三个坐标方向(可为卡式坐标x,y,z、圆柱坐标r,z或是球体坐标r,θ)活动，即在三维空间内的活动。因第一枢接轴是与头部1相接，第一枢接轴可在三维坐标上的任一坐标值移动，及依照不同的直线速度或是角速度任意转动及移动，比起人的颈部仅能在限制的方向上移动，本发明所揭露的机器人的颈部2更可以灵活的运动。人的颈部一般仅能在平面角0度至80度(以平行地面的面集合定为基准面及颈部2定为基准轴)之间旋转、一般仅能在立体角(θ)20度至80度(以平行地面的面集合定为基准面及颈部2定为基准轴)之间移动，因此本发明之机器人颈部2可在任意角度范围活动，但要注意的是，机器人的颈部2在活动时以头部1不接触至颈部2部件为佳，因此可以使头部1在三个轴向上运动，并确保头部1在三个轴向上的移动稳定性。第二枢接轴，与第一连接杆连接及第二连接杆连接，第二枢接轴可于两个坐标方向活动，与第二连接杆及主体部3连接。第三枢接轴，其与第二连接杆及升降装置22连接，第三枢接轴可两轴式活动，为避免头部1接触到机器人机身的其他部件造成机器人不稳定，第二枢接轴及第三枢接轴可限定仅于在三维坐标上的任意两个坐标之间进行，例如仅能平面旋转而不能立体旋转，仅能在卡式坐标的Y方向和Z方向做动，但实际上作动方向是根据操纵者需求所设计，故可转动的坐标不在此限。

伸缩装置21整体上可使头部1出现在三维坐标的任一个点上，且伸缩装置21运作时从侧面看呈现【>】或是【<】字型，伸缩装置21在机器人不处于工作状态时，两连接杆可自动的水平的迭置或是邻接，减少置放空间；另外，两连接杆之间的连接方式可为螺合、铰链枢接、具有圆珠式的轴承连接、啮合或是以磁性连接，可任意选择与环境相符的结合方式进行设计。连接杆的材质不限于塑料或是金属。升降装置22，具有升降功能，仅有一个升降杆，可活动的方向为垂直于地面的方向，用以改变颈部2的高度，并且可以通过升降抵消来自地面的颠簸，具有减震的功效。升降装置22其顶部枢接于第二连接杆，其底部接合于主体部3。升降装置22在机器人不处与工作状态时，升降杆可自动的降回主体部3中的腔体(未在图中表示)，减少机器人在收纳时的整体高度，方便操作者收纳。颈部2之作动状态可为图3所示。图3为机器人颈部2折迭及升降时的示意图，其中此图表示机器人的颈部2已升到最高的高度。

主体部3，连接于颈部2，包括驱动装置31及致动装置32。轮胎感测模块，可以感知任何一个轮子的状态，包括转速，角度、压强、与主体部3的相对位置，等。在本发明中，驱动装置31包括处理器(processor)，是配合控制系统11的另一个运算中心，其接收控制系统11所生成的操作指令讯号及轮胎感测模块所感知的信息，运算后生成颈部2控制讯号给颈部2，及驱动讯号传给致动装置32。在优选的实施例中，驱动装置31接收控制系统11产生之处理过的画面档案，例如画面位图，及探测到的机器人身高后，结合环境中的信息，例如光、声音或是震动，和轮胎感测模块所回馈之当前机器人位置或是轮胎装置42运转时的转速，驱动装置31输出包含颈部2高度及机器人质心位置的讯号给颈部2和致动装置32，颈部2和轮体部再根据这些讯号运动。另外，主体部3具有自动稳定平衡结构，可自动调节机身的倾斜角以改变机身的质心，增加整个机身稳定性。主体部3材质是由金属或是塑料壳体所构成，上端具有中空的容置空间或是腔体，提供升降装置22未升起时收藏用，主体部3的下端可以包覆底盘装置41的悬吊器412及控制器411于机器人的机身内，其中图1中所指的悬吊器412示意图包括了梯形和其邻近的矩形，其中梯形由固定装置所构成，用以固定轮胎装置42，矩形由弹簧及固定装置所构成，用以减缓轮胎装置对于机身的冲击力。机身之防摔、防震、防水及防尘效果佳，具有高防护性(具有IP67等级)。

以上详尽的介绍了机器人各部件的配置、如何作动及功效，灵活的头部1可在三个轴向上稳定的活动；可伸缩的颈部2能随时变换身高，改变质心高度；主体部3的高防护性外壳及优秀的质心运算能力，确保整体机器人质心稳定，加上轮体部具有六轮独立主动悬挂式设计，最大程度保证了车身的稳定性，且六个轮胎可以单独的被控制器411操控，使轮胎装置42获得最灵活的运动性能，像普通车辆一样行驶。一旦轮胎装置42中单侧有1个或2个轮胎失灵，主动悬挂装置可以实现故障诊断和系统重构，即利用轮胎感测模块敏感故障原因，再将失灵的轮胎收缩到尽量接近机身而远离地面的位置以隔离故障，机器人根据轮子的故障情况进行自适应的系统重构，使得剩余的轮胎依然可以满足机器人的功能，而不会因为一两个轮胎的故障而导致机器人无法移动。

图4表示机器人轮体部作动时示意图，此图仅用于说明轮体部的运作，轮体部的结构不限于图中所示。当机器人运作时，若是路上遇到障碍物或是地面不平坦时，轮胎装置42和悬吊器412会自动的采取调整手段以适应环境。例如遇到突起物时，轮胎装置42或在某个特定时间产生相对于悬吊器412的位移(即第二物理量)并回传给控制器411。控制器411会再次根据不同时间产生的第二物理量运算出位置(即第一物理量和第二物理量)予悬吊器412及轮胎装置42以调整两者位置。此过程会重复循环，直至机器人顺利通过障碍物为止。此外，控制器411一方面输出第一物理量和第二物理量调控轮胎装置42与悬吊器412的位置外，另外，控制器411产生第二操作指令与驱动装置31，再由驱动装置31发出另一时间的第二颈部2控制讯号，以让颈部2调整高度，稳定整个机身的质心。另外，由于本发明机器人底盘装置41是一对一的驱动轮胎装置42，故不同的轮胎装置42行经不同的障碍物时，每一个轮胎装置42可分别的调整其所对应于底盘装置41的相对位置或是速度。不同时间下，六个轮胎可能经历过不同的状况，但是控制器411具有记忆的功能，可以将不同时间下、不同轮胎的第二物理量集合而运算出第二操作指令，使驱动装置31进行整体性的机器人质心调控，或是根据前一个轮胎装置42遇到障碍物时，所收集的速度时间记录处理，以避免下一个时间或是下一个轮胎装置42遇到障碍物。为避免产生视线死角，本发明的另一实施例可以选择性的在底盘装置41的壳体中增加感知装置43，用以增强障碍物侦测，补强控制系统11在机身底部侦测障碍物的不足。感知装置43，可以是CCD或是探测雷达，但不在此限。此感知装置43可个别置放于悬吊器412上方，或是底盘装置41的前端，数量亦不限制，但最佳实施例为置放在置放于悬吊器412上方及底盘装置41，且数量为6个。

图5表示机器人轮体部爬坡或爬阶梯时的示意图。当机器人爬坡时，为保持机身的稳定，致动装置32会将颈部2及主体部3往前倾，此时，机器人的质心亦会往前，以确保机器人不会翻倒。当行进间遇到坡度时，在爬坡前，控制系统11会先观察到斜坡出现在前方，经控制系统11运算后输出包含斜坡角度讯号的第一操作指令，驱动装置31根据此操作指令处理后输出包含初始的倾斜角度的第二颈部2控制讯号及驱动讯号予颈部2和致动装置32调整角度。控制系统11在机器人运动时实时观察眼前的坡度，一旦坡度改变，立即调整颈部2及主体部3前倾角度；下坡时亦然。在爬坡时，轮体部中的悬吊器412亦会根据坡度的不同自动调整轮胎装置42与悬吊器412的相对距离。在前述的致动装置32输出包含角度值的致动讯号后，控制器411处理后以操控悬吊器412及轮胎装置42的相对位置。类似于在机器人装置平面时的行动，控制器411亦会输出包含角度讯号的操作指令回馈给驱动装置31，以实时或动态的修正颈部2主体部3与斜坡法向量之间的夹角及轮胎与底盘装置41壳体内的夹角。

图5更揭示机器人在爬楼梯时的动作态样。爬梯时与爬坡时的最大差异为，爬梯时，楼梯整体上有虽然固定的坡度，但细部来看每一个小区间坡度是随着位置呈现周期性改变。为了应付此项地形限制，机器人在爬楼梯时除了要考虑到角度外，机器人的质心随着时间改变亦须要考虑。爬坡时，控制器411会配合小区段的坡度不同会输出包含角度的第一物理量，使悬吊器412运作时本身亦会有摆荡角度，各轮胎会随着悬吊器412的摆荡而交替向前。另外，控制器411除了会随着时间输出在不同时间、不同角度的操作指令外，在爬梯时会类似上述在遇到障碍物时输出在不同时间下的质心讯号给驱动装置31，驱动装置31在以此讯号运算后输出第二颈部2控制讯号，以调整颈部2高度并调整质心。

机器人的实际整体机身高度的调整可参考图6及下列说明，图6为机器人在爬坡时各部件简化之架构图，图上标示了各部件长度、半径及质量的代号。假设主体部3质心轴与轮体部质心轴的交点为P点。若要以P点为准，调整机器人调整质心，使机器人在斜坡上不致倾倒时，要得知轮体部相较于上半身(头部1、颈部2及主体部3合称之)的旋转角度α，首先要知道机器人扣除轮体部的高度Y才能求得。假设头部1质量为m1，头部1半径为r，两连接杆的长度皆为m2，长度为L，斜坡角度为β时，头部1中的颈部操作装置12会先发出包含角度的第一颈部2控制讯号，使两连接杆呈现的夹角为θ，主体部3质量为m3，主体部3长度为b。经由式1可计算出Y：Y＝m3*b2+2m2(L*sin²θ+b)+m1(r+2(sin²θ+b))/(m1+2*m2+m3) (式1)

轮体部中，底盘装置41的控制器411中可附陀螺仪，其可得知目前轮体部的俯仰角(俯仰角同斜坡角度)，设定为β。假设机器人的上半身在偏转相对重力方向的夹角为α时，上半身的质心可以在中间轮子上并使机器人在斜坡上不倾倒。则透过式2可求得此夹角α：

主体部3的控制器411算出α后，即可包含α的输出颈部2控制讯号以调整颈部2的角度。

图7显示机器人行进时，机器人运动状态的上视图，在图7中揭露了至少六种的机器人运动状态，至少包括：前后移动、左右平移、交替爬行、原地旋转、斜方向运动和小半径转向六种，这些运动状态类似昆虫爬行时的动作态样，此六种运行模式可给予轮体部活动时最大的灵活性。吾人将上述六种运动状态大致分为两个的类型的运动：360度直行模式和转弯模式。

实际作动时，控制器411首先会输出一个360度直行模式和转弯模式讯号给六个车轮。假设轮胎装置42收到360度直行模式讯号时，六个车轮会都偏转相同的角度，并输出包括旋转角度及运动速度给控制器411，控制器411再根据当前的状况，使用式3推算出机身所欲转的角度θ，并包含在第二操作指令中以传递给主体部3，以达到操作者的目标角度。且不同时间亦有不同的机身所欲转的角度。另外，当轮胎装置42收到转弯模式讯号时，轮胎装置421、423、424及426会先偏转一特定角度，轮胎装置422及5不改变当前位置，并回传包括轮胎装置422及5的行走速度、各轮胎装置42之间的距离及机器人转弯角速度的第二物理量给控制器411，控制器411再依照式4至式10估算出轮胎装置422及5的转弯角度及行走速度后，回传第二物理量，以旋转机器人的机身，达到操纵者所需，且不同时间亦有不同的所需旋转角度。

图8是轮胎装置42的一种结构设计方案。由连接部491，传动部492和鼓轮493组成。连接部491与传动部492通过纵向轴连接(图中未显示)，传动部能够以纵向轴为轴心做360度的转动。鼓轮494通过横轴493与传动部492连接。鼓轮494的形状为球形或鼓形，横轴493横穿鼓轮494的轴心位置，确保鼓轮494能够以横轴493为轴心做360度转动。优选的，连接部491带有阻尼转向缓冲器，在车轮遇到强阻力或冲击时保护转向电机不受堵转影响。优选的，鼓轮494内设有动力装置，提供鼓轮494转动所需的动力。采用此种设计方案的机器人在崎岖山路有较大优势，不会因为车轮狭窄陷入障碍物夹缝中，切由于两侧及下方受力均匀，易于在崎岖路面转向。

图9是机器人的运作方式流程图，各部件连接关系示意图，其用于操作上述机器人的各个部件，请参照图9，以下详述其操作步骤：步骤S1：控制系统11及主体部3接收外界信息后，发出第一操作指令给颈部操作装置12及驱动装置31，接收之外界信息可为单一光线图像讯号或是连续图像讯号，第一操作指令可为坐标位置讯号，接着，同时进行步骤S2及步骤S3；

步骤S2：颈部操作装置12处理第一操作指令后，发出第一颈部2控制讯号并传给颈部2，第一颈部2控制讯号亦为坐标位置讯号，可为颈部2伸缩装置21或是升降装置22中的各个端点或是三枢接轴、两伸缩杆的三维坐标位置，但不限于此，接着同时进行步骤S4；

步骤S4：颈部2根据所接收之颈部2控制讯号转动头部1、伸缩该伸缩装置21的位置级升降该升降装置22及移动颈部2，之后并结束步骤S4。

步骤S3：驱动装置31处理操作指令后，生成第一驱动讯号予驱动装置31及第二颈部2控制讯号予颈部2。第一驱动讯号包含了坐标位置讯号、机器人质心位置讯号、速度讯号、加速度讯号或是包含速度信号、刚性系数及阻尼系数的方程式等，第二颈部2控制讯号包含了位置坐标，之后并进行步骤S5；

步骤S5：第一致动讯号经由制动装置转换成轮体部可读的讯号，并生成第一致动讯号。转换的方式可为单位之间的转换，或是求解一般、微分或是偏微分方程式的形式，将速度、位移、刚性系数及阻尼系数等物理量求得成第一致动讯号，之后并进行步骤S6；

步骤S6：第一致动讯号经由控制器411转换成第一物理量以操纵悬吊器412、转换成第二物理量以控制轮胎装置42，其中第一物理量包括了悬吊器412与轮胎装置42，或是控制器411的相对位置，和悬吊器412的弹性系数或是阻尼系数，或是上述转弯半径等等的物理量；第二物理量包括了轮胎装置42的移动速度或是加速度等等关于速度的物理量，或是位置的物理量，第二物理量可包含时间，以使轮胎装置42遵照此物理量的数值动作，之后并进行步骤S7；

步骤S7：轮胎装置42作动时，控制器411侦测实际作动的第二物理量后，在第二时间重新生成第一物理量及第二物理量，以动态的调整及修正目前悬吊器412所在的相对位置及轮胎装置42的作动速度，且另生成第二操作指令回传给驱动装置31，以动态的调整机器人质心位置及颈部2的位置，之后并同时进行步骤S3及S6。

使用此方法操作上述机器人各个部件，可动态的改变机器人的移动速度、位置及机器人的质心，另外可动态的获得颈部2所需要移动的高度，根据环境的状况适应性的调整，因此可让机器人更佳的适用在各个场合中，及移动时稳定性更佳，不容易倾倒，确实达成操纵者所需任务。

本发明所述之种机器人及操作方法，配合底盘装置41的独立主动悬挂型装置，保证了机身的稳定性，可以获得最灵活的运动性能，不但可以像一般车辆行驶，还可以原地旋转及全向行走，在行走间转向也有最小的转弯半径，不占空间；优秀的爬坡、爬楼及越障能力，可以越过超过40度的陡坡；可随时且适应性的变换机身高度，机器人的伸缩式颈部2可改变质心位置，又能调整增加头部1的视野，且保证机器人的头部1在三个轴向上的角度稳定性并减缓行驶中地面不平稳造成机身的震动，使行进中机器人的机身稳定不会倾倒。

以上叙述仅为本发明之较佳实施例，并非用以限定本发明之权利范围；同时以上的描述，对于相关技术领域之专门人士应可明了及实施，因此其他未脱离本发明所揭示之精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在申请专利范围中。

Claims (10)

1.一种机器人，包括头部、颈部、主体部及轮体部，并具有控制系统，用以控制所述机器人的运动，所述头部藉由第一枢接轴与所述颈部枢接，所述颈部与所述主体部枢接，以及所述主体部设置于所述轮体部上，利用所述第一枢接轴控制所述颈部在三个轴方向上移动，以帮助机器人达到平衡；

所述颈部具有第二枢接轴，所述控制系统利用所述第二枢接轴控制所述颈部升降或是前后伸展，以改变所述机器人的质心位置；

所述主体部与所述颈部以第三枢接轴枢接，所述控制系统控制所述第三枢接轴及所述主体部以改变机器人质心高度；

所述轮体部具有多个轮胎装置，且所述轮胎装置是独立的转向轮；

所述控制系统控制所述头部、所述颈部、所述主体部及所述轮体部的运动，并控制所述机器人的质心位置；以及轮胎感测模块，用以感知所述轮胎装置的信息，并可将所述轮胎装置的所述信息传输到所述控制系统。

2.如权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述轮胎装置的所述信息包括所述轮胎装置与移动路面之间的受力大小，所述轮胎装置与路面之间的角度，压力大小，所述轮胎装置的滚动速度，所述轮胎装置与所述主体部的相对位置。

3.如权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述轮体部更包括独立式主动悬吊器及底盘装置。

4.如权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述颈部更包括：伸缩装置，用以改变所述颈部的坐标；及升降装置，用以改变所述颈部的高度。

5.如权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述轮体部中，所述轮胎装置为360度转向轮。

6.如权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述轮体部中，所述轮胎装置由连接部，传动部和鼓轮组成；所述连接部与所述传动部通过纵向轴连接，所述传动部能够以所述纵向轴为轴心做360度的转动；所述鼓轮通过横轴与所述传动部连接，所述横轴横穿所述鼓轮的轴心位置，所述鼓轮能够以所述横轴为轴心做360度转动。

7.如权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述轮体部中的所述轮胎装置数量为6个。

8.如权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述控制系统中包含感知模块，可以接受并感测外界信息，用以监控所在环境，并可藉由感测的外界信息进行运算，发出指令以调整所述机器人的所述第一枢接轴、所述第二枢接轴及所述第三枢接轴的三维坐标。

9.一种机器人的控制方法，包括了：

使用如权利要求1所述的机器人，所述机器人中的所述控制系统接受并感测外界信息后，处理所述外界信息并发出第一操作指令至颈部操作装置及所述主体部中的驱动装置；所述颈部操作装置产生第一颈部控制讯号予所述颈部处理；

所述颈部处理第一颈部控制讯号，使所述颈部进行伸缩，升降或是旋转活动；所述主体部中的所述驱动装置产生第二颈部控制讯号予所述颈部处理，及产生第一驱动讯号至致动装置处理；

所述致动装置处理后，生成第一致动讯号予所述轮体部，并操控所述轮胎装置作动；以及所述机器人移动时，藉由所述轮胎感测模块侦测所述轮胎装置的信息，并将所述轮胎装置的所述信息传输到所述控制系统。

10.如权利要求9所述的机器人的控制方法，其特征在于：所述控制系统可以藉由所述轮胎装置的所述信息以调整所述第一枢接轴，所述第二枢接轴及所述第三枢接轴的三维坐标。