CN109334808A - 一种轮足机器人及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轮足机器人及其控制方法，属于机器人技术领域。在地形较为平缓的地区进行探测时，可分别控制每个移动组件中的n个摆动杆电机转动，直到与每个摆动杆电机相连的n个摆动杆之间的夹角均相等，控制滚动电机转动，使移动组件中的n个滚动弧形件均首尾相连。使转动轴转动即可控制转动盘转动进而控制n个滚动弧形件以转动盘的轴线为转动轴进行转动，实现机器人主体在地形平缓地区的移动。而在地形较为复杂的地区，n个摆动杆电机转动，使其中两个摆动杆之间夹角小于120°且其他摆动杆均位于其中两个摆动杆的夹角之外；先后控制与两个摆动杆相连的滚动电机的输出轴转动，使两个滚动弧形件循环摆动，完成机器人主体的移动。

Description

一种轮足机器人及其控制方法

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种轮足机器人及其控制方法。

背景技术

随着人类科技文明的发展，各应用领域对机器人的需求日益增加，而能够进入人类难以进入的地域进行独立探测的移动式机器人得到了广泛的开发与应用。其中，移动式机器人可包括轮式移动机器人与足式移动机器人，轮式移动机器人至少包括机器人主体与设置在机器人主体上的滚动结构，滚动结构可实现机器人主体实现轮式移动机器人在地面上的移动；而足式移动机器人至少包括机器人主体与多个足部结构，多个足部结构交替前进以实现足式移动机器人在地面上的移动。

轮式移动机器人虽然移动速度较快，但轮式移动机器人仅适用于地形较为平缓的地区，难以对地形较为复杂的地区进行移动与探测；而足式移动机器人虽然可以实现在地形较为复杂的地区的移动与探测，但其在较为平缓的地区的移动速度较慢，因此在地形平缓的地区也通常不会使用足式移动机器人进行探测，二者在使用地形上均受到了一定的限制。

发明内容

本发明实施例提供了一种轮足机器人及其控制方法，能够适用多种不同地形的探测。所述技术方案如下：

本发明实施例提供了一种轮足机器人，所述轮足机器人包括：机器人主体与两个移动组件，所述两个移动组件平行相对设置在所述机器人主体上，

每个所述移动组件均包括转动盘、n个摆动杆及与所述n个摆动杆一一对应的n个滚动弧形件，其中n为整数且n大于等于2，

所述机器人主体上设置有与所述转动盘相配合的转动轴，所述转动盘同轴连接在所述转动轴上，

所述转动盘远离所述机器人主体的第一表面上设置有与所述n个摆动杆一一对应的n个摆动杆电机，所述n个摆动杆电机沿所述第一表面的周向等间距分布，每个所述摆动杆的一端固定在所述摆动杆电机的输出轴上，每个所述摆动杆均平行所述第一表面，

所述摆动杆的另一端设置有滚动电机，所述滚动电机的输出轴与所述滚动弧形件的一端连接，每个所述滚动弧形件均平行所述第一表面，每个所述滚动弧形件的弧长为所述滚动弧形件所在的圆的周长的1/n，

所述机器人主体在所述第一表面所在平面上的投影上的任意两点之间的距离均小于所述滚动弧形件所对应的直径。

可选地，n为3。

可选地，所述机器人主体上设置有安装槽，所述转动轴与所述转动盘均设置在所述安装槽内。

可选地，所述转动盘上设置有通孔，所述转动轴与所述通孔之间的配合为过盈配合。

可选地，所述通孔的轴向上设置有限位边，所述转动轴上设置有与所述限位边配合的限位开口，所述限位开口沿所述转动轴的一端延伸至所述机器人主体的表面。

可选地，所述摆动杆电机的输出轴为长方体，所述摆动杆的一端设置有长方形的凹槽，所述输出轴与所述凹槽之间的配合为过盈配合。

可选地，所述滚动弧形件为滚动弧形片。

可选地，所述机器人主体至少包括电源模块与控制模块，所述电源模块用于为所述轮足机器人提供移动的动力，所述控制模块用于控制所述轮足机器人进行探测与移动。

可选地，所述机器人主体包括壳体，所述电源模块与所述控制模块均设置在所述壳体内。

本发明实施例提供了一种轮足机器人的使用方法，所述使用方法包括：

提供如前所述的轮足机器人；

控制所述n个摆动杆电机转动，使所述n个摆动杆之间的夹角相等或者其中两个所述摆动杆之间夹角小于120°且其他所述摆动杆均位于所述其中两个所述摆动杆的夹角之外；

控制所述滚动电机转动，使所述n个滚动弧形件的首尾相接或者其中两个所述滚动弧形件平行相对；

控制所述转动轴转动或者控制与两个所述摆动杆相连的所述滚动电机的输出轴相继转动。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：在地形较为平缓的地区进行探测时，可分别控制每个移动组件中的n个摆动杆电机转动，直到与每个摆动杆电机相连的n个摆动杆之间的夹角均相等，此时控制滚动电机转动，使移动组件中的n个滚动弧形件均首尾相连，由于两个移动组件平行相对设置在机器人主体上且每个滚动弧形件的弧长为滚动弧形件所在的圆的周长的1/n，同时机器人主体在第一表面所在平面上的投影上的任意两点之间的距离均小于滚动弧形件所对应的直径，因此此时n个滚动弧形件构成一个圆周且机器人主体在n个滚动弧形件构成的圆周内。此时使转动轴转动即可控制转动盘转动进而控制n个滚动弧形件以转动盘的轴线为转动轴进行转动，以较快的探测速度实现机器人主体在地形平缓地区的移动与探测。而在地形较为复杂的地区，可同样采用以上步骤，先使n个摆动杆电机转动，使其中两个摆动杆之间夹角小于120°且其他摆动杆均位于其中两个摆动杆的夹角之外；此时可控制分别与夹角小于小于120°的两个摆动杆相连的其中一个滚动电机的输出轴转动，以使得其中一个滚动弧形件进行摆动，其中一个滚动弧形件前进一段距离后，使另一个滚动弧形件进行摆动，机器人主体成功移动一段距离。采用以上设置可实现轮足机器人在地形较为平缓的地区的快速探测及轮足机器人在地形较为复杂的地区的移动与探测，可适用多种不同的地形区域的探测。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种轮足机器人的一种状态的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种轮足机器人的另一种状态的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的机器人主体的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的转动盘的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的摆动杆的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的滚动弧形件的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的一种轮足机器人的使用方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1是本发明实施例提供的一种轮足机器人的一种状态的结构示意图，如图1所示，该轮足机器人包括：机器人主体1与两个移动组件2，两个移动组件2平行相对设置在机器人主体1上。

每个移动组件2均包括转动盘21、n个摆动杆22及与n个摆动杆22一一对应的n个滚动弧形件23，其中n为整数且n大于等于2。

机器人主体1上设置有与转动盘21相配合的转动轴11，转动盘21同轴连接在转动轴11上。

转动盘21远离机器人主体1的第一表面211上设置有与n个摆动杆22一一对应的n个摆动杆电机，n个摆动杆电机沿第一表面211的周向等间距分布，每个摆动杆22的一端固定在摆动杆电机(图中未示出)的输出轴24上，每个摆动杆22均平行第一表面211。

摆动杆22的另一端设置有滚动电机25，滚动电机25的输出轴24与滚动弧形件23的一端连接，每个滚动弧形件23均平行第一表面211，每个滚动弧形件23的弧长为滚动弧形件23所在的圆的周长的1/n。

机器人主体1在第一表面211所在平面上的投影上的任意两点之间的距离均小于滚动弧形件23所对应的直径。

在地形较为平缓的地区进行探测时，可分别控制每个移动组件2中的n个摆动杆电机转动，直到与每个摆动杆电机相连的n个摆动杆22之间的夹角θ均相等，此时控制滚动电机25转动，使移动组件2中的n个滚动弧形件23均首尾相连，由于两个移动组件2平行相对设置在机器人主体1上且每个滚动弧形件23的弧长为滚动弧形件23所在的圆的周长的1/n，同时机器人主体1在第一表面211上的投影上的任意两点之间的距离均小于滚动弧形件23所对应的直径，因此此时n个滚动弧形件23构成一个圆周且机器人主体1在n个滚动弧形件23构成的圆周内，具体结构可见图1。此时使转动轴11转动即可控制转动盘21转动进而控制n个滚动弧形件23以转动盘21的轴线为转动轴11进行转动，以较快的探测速度实现机器人主体1在地形平缓地区的移动与探测。

而在地形较为复杂的地区，为便于理解，此处提供图2，图2是本发明实施例提供的一种轮足机器人的另一种状态的结构示意图，先使n个摆动杆电机转动，使其中两个摆动杆22之间夹角θ小于120°且其他摆动杆22均位于其中两个摆动杆22的夹角θ之外；此时可控制分别与夹角θ小于小于120°的两个摆动杆22相连的其中一个滚动电机25的输出轴24转动，以使得其中一个滚动弧形件23进行摆动，其中一个滚动弧形件23前进一段距离后，使另一个滚动弧形件23进行摆动，机器人主体1成功移动一段距离。采用以上设置可实现轮足机器人在地形较为平缓的地区的快速探测及轮足机器人在地形较为复杂的地区的移动与探测，可适用多种不同的地形区域的探测。

需要说明的是，转动轴11的驱动部分集成在机器人主体1上，而摆动杆电机与滚动电机25则分别集成在转动盘21与摆动杆22上。

示例性地，n可为3。两个移动组件2中的摆动杆22及滚动弧形件23的数量均为3时，可保证机器人主体1在滚动时刻得到摆动杆22与滚动弧形件23的良好支撑，也不需要增加过多的制作成本，有利于减小轮足机器人的制作成本。

如图1所示，机器人主体1上可设置有安装槽12，转动轴11与转动盘21均设置在安装槽12内。将转动盘21设置在安装槽12内，可实现转动盘21在机器人主体1上的快速安装与定位，便于轮足机器人的拆装的同时也可减小轮足机器人整体需要占用的空间。

图3是本发明实施例提供的机器人主体的结构示意图，图4是本发明实施例提供的转动盘的结构示意图，结合图1～图4，转动盘21上可设置有通孔212，转动轴11与通孔212之间的配合为过盈配合。这种配合可以较为简单的结构实现转动盘21与转动轴11的良好的连接。

结合图3与图4，通孔212的轴向上设置有限位边212a，转动轴11上设置有与限位边212a配合的限位开口11a，限位开口11a沿转动轴11的一端延伸至机器人主体1的表面。限位边212a与限位开口11a的配合可将转动盘21在安装槽12内的位置进一步进行限定，避免在转动轴11静止的时候，转动盘21在安装槽12内发生转动，影响轮足机器人的正常工作。

可选地，机器人主体1可至少包括电源模块(图中未示出)与控制模块(图中未示出)，电源模块用于为轮足机器人提供移动的动力，控制模块用于控制轮足机器人进行探测与移动。采用这种结构可以较为简单的结构满足轮组机器人移动与探测的要求。

且轮足机器人的控制模块可至少包括数据采集单元与处理单元，处理单元可对数据采集单元中的数据进行整理，也可实现对滚动电机25、摆动杆电机及滚动电机25的控制。

可选地，该轮足机器人还可通过转动轴11集成在其他结构上，可进一步提高该轮足机器人的通用性。

如图3所示，机器人主体1可包括壳体13，电源模块与控制模块均可设置在壳体13内。壳体13的设置可对电源模块与控制模块进行保护，避免电源模块与控制模块受到干扰，保证轮足机器人的正常工作。

可选地，壳体13可设置为箱体结构，便于壳体13的制作。在本发明的其他实施例中，壳体13也可根据实际需要制作为圆柱形结构或者其他结构，本发明对此不做限制。

图5是本发明实施例提供的摆动杆的结构示意图，结合图4与图5，摆动杆电机的输出轴24可为长方体，摆动杆22的一端设置有长方形的凹槽221，输出轴24与凹槽221之间的配合为过盈配合。这种设置可在满足摆动杆电机与摆动杆22之间的有效率连接的同时，也可同时避免摆动杆22在摆动杆电机没有转动的情况下的转动，可保证轮足机器人的正常工作。

图6是本发明实施例提供的滚动弧形件23的结构示意图，结合图1与图6，滚动弧形件23的一端设置有圆形孔231，该圆形孔231与滚动电机25的输出轴24之间为过盈配合，以实现滚动弧形件23与滚动电机25的良好连接。

如图6所示，滚动弧形件23为滚动弧形片。片状结构可在实现轮足机器人的滚动功能的同时减少轮足机器人需要的制作成本。

图7是本发明实施例提供的一种轮足机器人的使用方法的流程图，如图7所示，使用方法包括：

S1：提供如前所述的轮足机器人。

S2：控制n个摆动杆电机转动。

使n个摆动杆之间的夹角相等或者其中两个摆动杆之间夹角小于120°。

可选地，在地形较为复杂的地区，也可控制两个夹角小于120°的两个摆动杆之外的另一个摆动杆摆动，直至两个夹角小于120°的两个摆动杆之外的其他摆动杆在与第一表面平行的平面上的投影完全在第一表面内，同时控制两个夹角小于120°的两个摆动杆之外的其他摆动杆上的滚动弧形件摆动，使得摆动之后的该滚动弧形件在与第一表面平行的平面上的投影与第一表面部分重合，这种设置可起到降低轮足机器人的重心的作用，有利于轮足机器人的稳定行走。

具体地，可如图2所示，n为3时，可控制两个夹角θ小于120°的两个摆动杆22之外的另一个摆动杆22摆动，两个夹角θ小于120°的两个摆动杆22之外的另一个摆动杆在与第一表面211平行的平面上的投影完全在第一表面211内，同时两个夹角θ小于120°的两个摆动杆22之外的另一个摆动杆22上的滚动弧形件23在与第一表面211平行的平面上的投影与第一表面211部分重合。

S3：控制滚动电机转动。

使n个滚动弧形件的首尾相接或者其中两个滚动弧形件平行相对。

S4：控制转动轴转动或者控制与两个摆动杆相连的滚动电机的输出轴相继转动。

在地形较为平缓的地区进行探测时，可分别控制每个移动组件中的n个摆动杆电机转动，直到与每个摆动杆电机相连的n个摆动杆之间的夹角θ均相等，此时控制滚动电机转动，使移动组件中的n个滚动弧形件均首尾相连，由于两个移动组件平行相对设置在机器人主体上且每个滚动弧形件的弧长为滚动弧形件所在的圆的周长的1/n，同时机器人主体在第一表面所在平面上的投影上的任意两点之间的距离均小于滚动弧形件所对应的直径，因此此时n个滚动弧形件构成一个圆周且机器人主体在n个滚动弧形件构成的圆周内，具体结构可见图1。此时使转动轴转动即可控制转动盘转动进而控制n个滚动弧形件以转动盘的轴线为转动轴进行转动，以较快的探测速度实现机器人主体在地形平缓地区的移动与探测。

而在地形较为复杂的地区，先使n个摆动杆电机转动，使其中两个摆动杆之间夹角θ小于120°且其他摆动杆均位于其中两个摆动杆的夹角θ之外；此时可控制分别与夹角θ小于小于120°的两个摆动杆相连的其中一个滚动电机的输出轴转动，以使得其中一个滚动弧形件进行摆动，其中一个滚动弧形件前进一段距离后，使另一个滚动弧形件进行摆动，机器人主体成功移动一段距离。采用以上设置可实现轮足机器人在地形较为平缓的地区的快速探测及轮足机器人在地形较为复杂的地区的移动与探测，可适用多种不同的地形区域的探测，具体结构可见图2。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轮足机器人，其特征在于，所述轮足机器人包括：机器人主体(1)与两个移动组件(2)，所述两个移动组件(2)平行相对设置在所述机器人主体(1)上，

每个所述移动组件(2)均包括转动盘(21)、n个摆动杆(22)及与所述n个摆动杆(22)一一对应的n个滚动弧形件(23)，其中n为整数且n大于等于2，

所述机器人主体(1)上设置有与所述转动盘(21)相配合的转动轴(11)，所述转动盘(21)同轴连接在所述转动轴(11)上，

所述转动盘(21)远离所述机器人主体(1)的第一表面(211)上设置有与所述n个摆动杆(22)一一对应的n个摆动杆电机，所述n个摆动杆电机沿所述第一表面(211)的周向等间距分布，每个所述摆动杆(22)的一端固定在所述摆动杆电机的输出轴(24)上，每个所述摆动杆(22)均平行所述第一表面(211)，

所述摆动杆(22)的另一端设置有滚动电机(25)，所述滚动电机(25)的输出轴(24)与所述滚动弧形件(23)的一端连接，每个所述滚动弧形件(23)均平行所述第一表面(211)，每个所述滚动弧形件(23)的弧长为所述滚动弧形件(23)所在的圆的周长的1/n，

所述机器人主体(1)在所述第一表面(211)所在平面上的投影上的任意两点之间的距离均小于所述滚动弧形件(23)所对应的直径。

2.根据权利要求1所述的轮足机器人，其特征在于，n为3。

3.根据权利要求1所述的轮足机器人，其特征在于，所述机器人主体(1)上设置有安装槽(12)，所述转动轴(11)与所述转动盘(21)均设置在所述安装槽(12)内。

4.根据权利要求3所述的轮足机器人，其特征在于，所述转动盘(21)上设置有通孔(212)，所述转动轴(11)与所述通孔(212)之间的配合为过盈配合。

5.根据权利要求4所述的轮足机器人，其特征在于，所述通孔(212)的轴向上设置有限位边(212a)，所述转动轴(11)上设置有与所述限位边(212a)配合的限位开口(11a)，所述限位开口(11a)沿所述转动轴(11)的一端延伸至所述机器人主体(1)的表面。

6.根据权利要求1～5任一项所述的轮足机器人，其特征在于，所述摆动杆电机的输出轴(24)为长方体，所述摆动杆(22)的一端设置有长方形的凹槽(221)，所述输出轴(24)与所述凹槽(221)之间的配合为过盈配合。

7.根据权利要求1～5任一项所述的轮足机器人，其特征在于，所述滚动弧形件(23)为滚动弧形片。

8.根据权利要求1～5任一项所述的轮足机器人，其特征在于，所述机器人主体(1)至少包括电源模块与控制模块，所述电源模块用于为所述轮足机器人提供移动的动力，所述控制模块用于控制所述轮足机器人进行探测与移动。

9.根据权利要求8所述的轮足机器人，其特征在于，所述机器人主体(1)包括壳体(13)，所述电源模块与所述控制模块均设置在所述壳体(13)内。

10.一种轮足机器人的使用方法，其特征在于，所述使用方法包括：

提供如权利要求1所述的轮足机器人；

控制所述n个摆动杆电机转动，使所述n个摆动杆之间的夹角相等，或者其中两个所述摆动杆之间夹角小于120°且其他所述摆动杆均位于所述其中两个所述摆动杆的夹角之外；

控制所述滚动电机转动，使所述n个滚动弧形件的首尾相接或者其中两个所述滚动弧形件平行相对；

控制所述转动轴转动或者控制与两个所述摆动杆相连的所述滚动电机的输出轴相继转动。