CN112706851A - 一种可滑行轮足机器人及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可滑行轮足机器人及其控制方法，机器人包括机器人本体和设置在机器人本体上的六条腿；每条腿包括第一关节、第二关节、第三关节、被动轮和轮子固定架，被动轮无需动力装置，该机器人具有足式运动和滑行运动两种模式，从而进一步增加了机器人的适用范围，通过在不同场景切换不同的运用模式；本发明通过调节第三关节电机和第二关节电机的旋转角度，使被动轮的宽度中心线垂直于地面，同时被动轮的外表面与地面充分接触；六足机器人的单腿的运动学和力学分析可以知道如果在给定机器人的姿态ξ的情况下，每条腿部按照一定的规律周期性的摆动即可实现机器人的运动。

Description

一种可滑行轮足机器人及其控制方法

技术领域

本发明涉及轮足机器人技术领域，尤其是一种可滑行轮足机器人及其控制方法。

背景技术

机器人是集机械、电子、计算机、传感器、控制技术等多门学科为一体的综合技术。根据运动方式，移动机器人大致可分为腿式、轮式、履带式、轨道式和蠕动式等几种类型,但这些机器人的使用各受到一定的限制。

为使移动机器人具有较大的适用能力，必须使用组合形式的运动方式，轮足混合式即是其中的一种。

常见的轮足机器人的主体由可绕转轴旋转的水平连杆、垂直连杆和滚轮组成，而且滚轮一般都是带有动力主动轮驱动，配套有独立驱动装置、换向装置和制动装置。

这些机构和装置在增强移动机器人可操作性的同时，也增加了系统重量，在一定程度上也降低了稳定性和限制了其灵活性。

如南京理工大学的硕士学位论文《六轮腿自主移动机器人结构设计和模糊控制技术研究》，该文章提出了一种六轮式机器人，该机器人具有速度快的优点，但是该结构为纯轮式，虽然其可通过拉杆来控制轮子的角度，但依然无法通过及其崎岖的路面。腿式也有单足、双足、多足等。

例如南京航空航天大学的硕士学位论文《四足仿生爬行机器人研制》，该文章提出了一种四足的仿生爬行机器人，该机器人为腿式结构，能够跨越较大的障碍，但是没有更好的快速性，在较平稳的路面上的行走速度不够。履带式机器人和地面有着较大的作用力，可以适应许多复杂多样的路面。如上海交通大学的硕士学位论文《履带式移动机器人系统设计及运动控制技术研究》，该论文提出了一种履带式移动机器人，它与上面提到的轮式机器人有很多相似的地方，不同的地方就是在轮子上加了履带，可以提高其路面适应能力，但与前者一样，依然没有本发明的在崎岖的路面上的适应能力强。

轮腿式机器人结构上较上三种复杂一点，实现的功能更多，如申请号为201210101127.3的发明专利，该发明提出了一种六轮足式串并混联机器人，该机器人共有六只腿，每个腿底部各有一个可旋转的小轮子。该轮子即可以用来做腿式结构的足，又是轮式的主要运动来源。该机器人的轮子和腿是分开的，即轮子和腿是同时存在的，只不过是经过变形将轮子旋转形成腿，他们并不能实现轮和腿的平稳过渡。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种可滑行轮足机器人及其控制方法，本发明为了减小系统重量并增强机器人的机动性能，去除滚轮上的动力装置，使用一个不带动力的被动轮代替。通过水平连杆、垂直连杆和滚轮的协调动作，利用滚轮受到的法向力远远大于切向力的特点，使系统受到的摩擦力合力指向前方，产生推进力推动机器人运动，即从动轮式滑行机器人是利用滚轮和地表之间的摩擦力产生运动的。更进一步可以通过协调不同腿之间的协调动作，可以做到机器人原地旋转。

本发明的技术方案为：一种可滑行轮足机器人，包括机器人本体和设置在机器人本体上的六条腿；

每条所述的腿包括第一关节、第二关节、第三关节、被动轮和轮子固定架，所述的第一关节与机器人本体转动连接，所述的第二关节与分别与第一关节和第三关节转动连接，并且所述的第三关节下端设置有轮子固定架，所述的轮子固定架一侧设置有被动轮，所述的轮子固定架下端还具有一支撑足。

进一步的，所述的第一关节包括第一结构件和第一关节电机，所述的第一关节电机设置在第一结构件内并通过一旋转轴与机器人本体连接，所述的第一结构件的另一端与第二关节转动连接。

进一步的，所述的第二关节包括第二关节电机和第二结构件和第三结构件，所述的第二关节电机设置在第二结构件内，并且所述的第二关节电机通过一旋转轴与第一结构件连接，所述的第二结构件和第三结构件通过螺钉固定，并且所述的第三结构件与第三关节转动连接。

进一步的，所述的第三关节包括第三关节电机、第四结构件和第五结构件，所述的第三关节电机设置在第四结构件内，并且所述的第三关节电机通过一转动轴与第三结构件转动连接，所述的第四结构件和第五结构件通过螺钉固定连接，并且所述的第五结构件上还设置有轮子固定架。

进一步的，所述的支撑足上还套设有缓冲橡胶垫。

进一步的，所述的被动轮通过轴承与轮子固定架相连并且可以绕轮子中心旋转。

进一步的，本发明还提供一种可滑行轮足机器人的控制方法，所述的机器人控制方法包括足式控制方法和轮式滑行控制方法。

进一步的，所述的机器人足式控制方法包括以下步骤：

S1)、根据通用的机器人D-H表示法建立足式机器人单腿的运动学模型；

S2)、通过对六足机器人的腿部进行几何分析，可以得到单条腿的逆运动学方程：

式中，θ₀为第一关节的初始角度，θ₁、θ₂和θ₃为第一关节、第二关节、第三关节的目标转动角度，l₁为第一关节电机的旋转轴中心与第二关节电机的旋转轴之间的长度，l₂为第二关节电机的旋转轴与第三关节电机的旋转轴之间的长度，l₃为第三关节电机的旋转轴与支撑足之间的长度，h为第一关节的坐标系原点在六足机器人本体坐标系下的高度；

S3)、通过获取六足机器人某一条腿的末端的坐标值(x,y,z)，从而得到六足机器人该条腿第一关节、第二关节、第三关节的目标转动角度θ₁、θ₂、θ₃；

S4)、为使六足机器人的6条腿之间相互协调，将六足机器人的6条腿均分成两组，其中一组抬起时，另一组作为支撑；假定六足机器人的6条腿均为A组和B组；

并且规定当腿部末端在空中摆动的状态称为摆动相，当腿部末端在地面上支撑的状态称为支撑相；

S5)、在一个步态周期内，六足机器人的6条腿均为原始状态，六条步行腿同时着地；

S6)、A组的3条腿先抬起，向前摆动1个步长距离，与此同时，B组的3条腿支撑地面并驱动机器人机体向前移动1/2步长距离；

S7)、A组步行腿落地后，B组3条腿切换到摆动状态，向前摆动1个步长距离，与此同时，A组步行腿支撑地面并驱动机器人机体向前移动1/2步长距离；

S8)、B组步行腿落地，向前走了一个步长的距离，重复上述步骤。

进一步的，步骤S4)中，通过将机器人的右前腿、右后腿、以及左中腿作为A组，将右中腿、左前腿和左后腿作为B组。

进一步的，所述的轮式滑行控制方法包括以下步骤：

1)、调节第三关节电机和第二关节电机的旋转角度，使被动轮的宽度中心线垂直于地面，同时被动轮的外表面与地面充分接触；

2)、然后调整第二关节电机旋转角度，使第三关节摆动，从而调整被动轮与机器人本体纵向对称线之间的距离，使得被动轮相对于地面产生相应的滑动摩擦力；

3)、在某一时刻，将第三关节电机和第二关节电机的旋转角度固定为某数值，第二关节和第三关节的垂直方向保持固定的姿态，然后第一关节电机的水平摆动，实现调整被动轮方向角，从而实现调整滑动摩擦力的方向，实现机器人的直线滑行或转弯。

进一步的，步骤1)中，所述的调节第三关节电机的旋转角度，保证机器人在整个运动过程中，每条腿的腿部的第三关节垂直于地面，而且内外的摆动幅度较小，这时可近似认为机器人作平面运动，被动轮的宽度中心始终与地面保持垂直，并且机器人上的所有被动轮在运行表面上作纯滚动，而且法向摩擦系数足够大的情况下，可以认为所有滚轮在法向无任何滑动，即滚轮与地面接触点的法向速度为零。

进一步的，上述方法中，具体包括以下步骤：

11)、设机器人惯性坐标系{O_uX_uY_u}，机器人坐标系{O_bX_bY_b}，滚轮坐标系{O_cX_cY_c}，(x_i,y_i)表示第i个滚轮在机器人坐标系中的位置，θ为滚轮方向角(即滚轮的法向与机器人坐标系轴X_b的夹角)，机器人位姿用ξ＝(x_b,y_b,φ)^T表示，(x_b,y_b)表示机器人质心即机器人坐标系原点在惯性坐标系下的位置坐标，φ机器人坐标系轴X_b与惯性坐标系轴X_u的夹角；

12)、通过步骤11)的假设，机器人的六个滚轮如果都满足纯滚动和无滑动约束的条件，那么每个滚轮在其x_c上的速度都为0，在y_c方向上的速度为滚轮的滚动线速度，即满足：

其中

为机器人质心的在惯性坐标系下的线速度，r_i为第i个滚轮的半径，β_i为第i个滚轮的转动角速度，

为腿部摆动带来的滚轮在机器人坐标系下的摆动角速度；

由公式(1)和(2)可以得到滚轮的转动角速度β_i和滚轮的方向角θ如下：

13)、由于机器人的驱动力是摩擦力F_n和F_t的合力，先作如下假设：

(1)机器人的六条腿是平均支撑机器人的重量；(2)滚轮受到的法向摩擦力F_n为库伦摩擦力，其大小与滑动摩擦系数f_n成正比；(3)滚轮受到的切向摩擦力F_t不仅与滚轮的正压力有关，而且与滚轮的转速

有关；

因此，在机器人滑行时滚轮受到的摩擦力F_n和F_t可以写成：

式子中：f_t、f_n、f_tc、

和T₁分别为滚轮与地面之间的滚动摩擦系数、滑动摩擦系数、包括轴承在内的阻尼转矩系数、机器人直线滑行时的速度和机器人支撑腿电机的驱动转矩；

和sign(T₁)的定义如下：

因此，可通过上述获取机器人直线滑行和转弯时的速度与机器人运动参数的关系。

进一步的，步骤11)中，所述的机器人的六个滚轮的纯滚动约束条件六个滚轮的无滑动约束的条件分别为：

六个滚轮的纯滚动约束条件为：

六个滚轮的无滑动约束的条件为：

其中，

为机器人位姿向量的导数，

为滚轮角速度矢量，J_t(φ,θ)为机器人的法向运动特征向量，J_r为机器人的滚轮半径矩阵，J_n(φ,θ)为机器人的切向运动特征矩阵，即：

有上述公式可知，运动滚轮的位置由机器人位姿ξ、转动角速度β和滚轮的方向角θ确定，定义由这三个参数向量组成的广义坐标q：

q＝(ξ β θ)^T (12)；

式子中：

θ＝(θ₁ θ₂ θ₃ θ₄ θ₅ θ₆)^T (13)

根据公式(5)和(6)机器人运动学约束方程写成如下的形式：

其中，J(q)为运动约束矩阵：

其中，T表示转置。

本发明的有益效果为：

1、本发明的机器人去除滚轮上的动力装置，使用一个不带动力的被动轮代替，进一步降低了机器人的质量；

2、本发明通过水平连杆、垂直连杆和滚轮的协调动作，利用滚轮受到的法向力远远大于切向力的特点，使系统受到的摩擦力合力指向前方，产生推进力推动机器人运动，即从动轮式滑行机器人是利用滚轮和地表之间的摩擦力产生运动的，更进一步可以通过协调不同腿之间的协调动作，可以做到机器人原地旋转；

3、本发明可采用足式运动方式，并且在足端套设缓冲垫，保证机器人平稳运行，同时，本发明还可采用滑行的方式运动，从而进一步增加了机器人的适用范围，通过在不同场景切换不同的运用模式；

4本发明通过调节第三关节电机和第二关节电机的旋转角度，使被动轮的宽度中心线垂直于地面，同时被动轮的外表面与地面充分接触；六足机器人的单腿的运动学和力学分析可以知道如果在给定机器人的姿态ξ的情况下，只要让机器人的每条腿部按照一定的规律周期性的摆动，通过控制机器人腿部的不同的摆动来实现机器人的运动。

附图说明

图1为本发明实施例1机器人的结构示意图；

图2为本发明机器人实施例1单条腿的足端接触地面的结构示意图；

图3为本发明机器人实施例1单条腿的被动轮接触地面的结构示意图；

图4为本发明实施例2机器人的坐标系的示意图；

图5为本发明实施例2机器人6条腿的标记示意图；

图6为本发明实施例2机器人三角步态运行周期示意图；

图7为本发明实施例2机器人三角步态步行示意图；

图8为本发明实施例3机器人的从动轮式坐标示意图；

图中，1-机器人本体，2-腿，3-第一关节，4-第二关节，5-第三关节，6-被动轮，7-轮子固定架，8-支撑足，9-缓冲橡胶垫，10-旋转轴。

31-第一结构件，32-第一关节电机；

41-第二关节电机，42-第二结构件，43-第三结构件；

51-第三关节电机，52-第四结构件，53-第五结构件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种可滑行轮足机器人，所述的机器人包括机器人本体1和设置在机器人本体1两侧上的六条腿2；本实施例中，6条所述的腿2的结构相同。

其中，本实施例中，每条所述的腿2包括第一关节3、第二关节4、第三关节5、被动轮6和轮子固定架7，所述的第一关节3与机器人本体1转动连接，所述的第二关节4与分别与第一关节3和第三关节5转动连接，并且所述的第三关节5下端设置有轮子固定架7，所述的轮子固定架7下端具有一支撑足8，而在所述的轮子固定架7一侧设置有被动轮6，所述的支撑足8上还套设有缓冲橡胶垫9，并且所述的被动轮6通过轴承与轮子固定架7相连并且可以绕轮子中心旋转。

进一步的，如图2和3所示，所述的第一关节3包括第一结构件31和第一关节电机32，所述的第一关节电机32设置在第一结构件31内，本实施例中，所述的第一关节电机32通过螺钉固定在第一结构件31内，并且所述的第一关节电机32和第一结构件31通过一旋转轴10与机器人本体1连接，所述的第一结构件32的另一端与第二关节4转动连接。

进一步的，所述的第二关节4包括第二关节电机41和第二结构件42和第三结构件43，本实施例中，所述的第二关节电机41通过螺钉设置在第二结构件42内，并且所述的第二关节电机41通过一旋转轴10与第一结构件31连接，所述的第二结构件42和第三结构件43通过螺钉固定，并且所述的第三结构件43与第三关节4转动连接。

进一步的，所述的第三关节5包括第三关节电机51、第四结构件52和第五结构件53，所述的第三关节电机51设置在第四结构件52内，并且所述的第三关节电机51通过一旋转轴10与第三结构件43转动连接，所述的第四结构件52和第五结构件53通过螺钉固定连接，并且所述的第五结构件53上还设置有轮子固定架7。

实施例2

本实施例提供一种行轮足机器人的足式控制方法，包括以下步骤：

S1)、根据通用的机器人D-H表示法建立足式机器人单腿的运动学模型，其中，本实施例坐标系如图4所示。

S2)、通过对六足机器人的腿部进行几何分析，可以得到单条腿的逆运动学方程：

式中，θ₀为第一关节3的初始角度，θ₁、θ₂和θ₃为第一关节3、第二关节4、第三关节5的目标转动角度，l₁为第一关节电机32的旋转轴10中心与第二关节电机41的旋转轴10之间的长度，l₂为第二关节电机41的旋转轴10与第三关节电机51的旋转轴10之间的长度，l₃为第三关节电机51的旋转轴10与支撑足8之间的长度，h为第一关节3的坐标系原点在六足机器人本体1坐标系下的高度；

S3)、通过获取六足机器人某一条腿的末端的坐标值(x,y,z)，从而得到六足机器人该条腿第一关节3、第二关节4、第三关节5的目标转动角度θ₁、θ₂、θ₃；

S4)、为使六足机器人的6条腿之间相互协调，将六足机器人的6条腿均分成两组，其中一组抬起时，另一组作为支撑；假定六足机器人的6条腿均为A组和B组；其中，通过将机器人的右前腿、右后腿、以及左中腿作为A组，将右中腿、左前腿和左后腿作为B组，可参见图5，本实施例中，将六足机器人的6条腿标记为1、2、3、4、5、6，并且1、3、5作为A组，2、4、6作为B组。

并且规定当腿部末端在空中摆动的状态称为摆动相，当腿部末端在地面上支撑的状态称为支撑相，参见图6所示。

S5)、当六足机器人采用三角步态行走时，如图7所示，在一个步态周期内，六足机器人的6条腿均为原始状态，六条步行腿同时着地；

S6)、A组的3条腿先抬起，向前摆动1个步长距离，与此同时，B组的3条腿支撑地面并驱动机器人机体向前移动1/2步长距离；

S7)、A组步行腿落地后，B组3条腿切换到摆动状态，向前摆动1个步长距离，与此同时，A组步行腿支撑地面并驱动机器人机体向前移动1/2步长距离；

S8)、B组步行腿落地，向前走了一个步长的距离，重复上述步骤。

实施例3

进一步的，本实施例提供一种行轮足机器人的滑行控制方法，所述的方法包括以下步骤：

另外，本实施例中所述的滚轮为被动轮6。

1)、调节第三关节电机51和第二关节电机41的旋转角度，使被动轮的宽度中心线垂直于地面，同时被动轮6的外表面与地面充分接触；

2)、然后调整第二关节电机41旋转角度，使第三关节5摆动，从而调整被动轮6与机器人本体1纵向对称线之间的距离，使得被动轮6相对于地面产生相应的滑动摩擦力；

3)、在某一时刻，将第三关节电机51和第二关节电机41的旋转角度固定为某数值，第二关节4和第三关节5的垂直方向保持固定的姿态，然后第一关节电机3的水平摆动，实现调整被动轮6方向角，从而实现调整滑动摩擦力的方向，实现机器人的直线滑行或转弯。

进一步的，步骤1)中，所述的调节第三关节电机51的旋转角度，保证机器人在整个运动过程中，每条腿的腿部的第三关节5垂直于地面，而且内外的摆动幅度较小，这时可近似认为机器人作平面运动，被动轮的宽度中心始终与地面保持垂直，并且机器人上的所有被动轮在运行表面上作纯滚动，而且法向摩擦系数足够大的情况下，可以认为所有滚轮在法向无任何滑动，即滚轮与地面接触点的法向速度为零。

进一步的，上述方法中，具体包括以下步骤，如图8所示，图中，长方型表示机器人本体1，长方体表上的六个黑点为每条腿的第一关节电机32的旋转轴10。图中斜线阴影的圆角长方形为机器其中一条腿的滚轮，虚线表示滚轮通过第三关节5、第二关节4和第一关节3与机器人本体1相连。图中设定了一系列的参考坐标系和参数，其具体的意义如下说明。

11)、设机器人惯性坐标系{O_uX_uY_u}，机器人坐标系{O_bX_bY_b}，滚轮坐标系{O_cX_cY_c}，(x_i,y_i)表示第i个滚轮在机器人坐标系中的位置，θ为滚轮方向角(即滚轮的法向与机器人坐标系轴X_b的夹角)，机器人位姿用ξ＝(x_b,y_b,φ)^T表示，(x_b,y_b)表示机器人质心即机器人坐标系原点在惯性坐标系下的位置坐标，φ机器人坐标系轴X_b与惯性坐标系轴X_u的夹角；

12)、通过步骤11)的假设，机器人的六个滚轮如果都满足纯滚动和无滑动约束的条件，那么每个滚轮在其x_c上的速度都为0，在y_c方向上的速度为滚轮的滚动线速度，即满足：

其中

为机器人质心的在惯性坐标系下的线速度，r_i为第i个滚轮的半径，β_i为第i个滚轮的转动角速度，

为腿部摆动带来的滚轮在机器人坐标系下的摆动角速度；

由公式(1)和(2)可以得到滚轮的转动角速度β_i和滚轮的方向角θ如下：

惯性坐标系是为了简化世界坐标系到惯性坐标系的转化而产生的。惯性坐标系的原点与物体坐标系的原点重合，惯性坐标系的轴平行于世界坐标系的轴。引入了惯性坐标系之后，物体坐标系转换到惯性坐标系只需旋转，从惯性坐标系转换到世界坐标系只需平移。

进一步的，步骤11)中，所述的机器人的六个滚轮的纯滚动约束条件六个滚轮的无滑动约束的条件分别为：

六个滚轮的纯滚动约束条件为：

六个滚轮的无滑动约束的条件为：

其中，

为机器人位姿向量的导数，

为滚轮角速度矢量，J_t(φ,θ)为机器人的法向运动特征向量，J_r为机器人的滚轮半径矩阵，J_n(φ,θ)为机器人的切向运动特征矩阵，即：

式中，β₁、β₂、β₃、β₄、β₅、β₆分别为机器人六条腿的轮的轮滚轮角速度矢量、φ为机器人坐标系轴X_b与惯性坐标系轴X_u的夹角，θ₁、θ₂、θ₃、θ₄、θ₅、θ₆分别为六条腿的滚轮方向角；

有上述可知，运动滚轮的位置由机器人位姿ξ、转动角速度β和滚轮的方向角θ确定，定义由这三个参数向量组成的广义坐标q：

q＝(ξ β θ)^T (12)

式子中：

θ＝(θ₁ θ₂ θ₃ θ₄ θ₅ θ₆)^T (13)

根据公式(5)和(6)机器人运动学约束方程写成如下的形式：

其中，J(q)为运动约束矩阵：

其中，T表示转置。

由于机器人的驱动力是摩擦力F_n和F_t的合力，先作如下假设：

(1)机器人的六条腿是平均支撑机器人的重量；(2)滚轮受到的法向摩擦力F_n为库伦摩擦力，其大小与滑动摩擦系数f_n成正比；(3)滚轮受到的切向摩擦力F_t不仅与滚轮的正压力有关，而且与滚轮的转速

有关；

因此，在机器人滑行时滚轮受到的摩擦力F_n和F_t可以写成：

式子中：f_t、f_n、f_tc、

和T₁分别为滚轮与地面之间的滚动摩擦系数、滑动摩擦系数、包括轴承在内的阻尼转矩系数、机器人直线滑行时的速度和机器人支撑腿电机的驱动转矩；

和sign(T₁)的定义如下：

因此，可通过上述获取机器人直线滑行和转弯时的速度与机器人运动参数的关系。

上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (10)

1.一种可滑行轮足机器人，包括机器人本体和设置在机器人本体上的六条腿；

每条所述的腿包括第一关节、第二关节、第三关节、被动轮和轮子固定架，所述的第一关节与机器人本体转动连接，所述的第二关节与分别与第一关节和第三关节转动连接；其特征在于，所述的第三关节下端设置有轮子固定架，所述的轮子固定架下端具有一支撑足，所述的支撑足上套设有缓冲橡胶垫，所述的轮子固定架一侧还设置有被动轮，所述的被动轮通过轴承与轮子固定架相连并且可以绕轮子中心旋转。

2.根据权利要求1所述的一种可滑行轮足机器人，其特征在于：所述的第一关节包括第一结构件和第一关节电机，所述的第一关节电机设置在第一结构件内并通过一旋转轴与机器人本体连接，所述的第一结构件的另一端与第二关节转动连接。

3.根据权利要求1所述的一种可滑行轮足机器人，其特征在于：所述的第二关节包括第二关节电机和第二结构件和第三结构件，所述的第二关节电机设置在第二结构件内，并且所述的第二关节电机通过一旋转轴与第一结构件连接，所述的第二结构件和第三结构件通过螺钉固定，并且所述的第三结构件与第三关节转动连接。

4.根据权利要求1所述的一种可滑行轮足机器人，其特征在于：所述的第三关节包括第三关节电机、第四结构件和第五结构件，所述的第三关节电机设置在第四结构件内，并且所述的第三关节电机通过一转动轴与第三结构件转动连接，所述的第四结构件和第五结构件通过螺钉固定连接，并且所述的第五结构件上还设置有轮子固定架。

5.一种轮足机器人的足式运动控制方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

S1)、根据通用的机器人D-H表示法建立足式机器人单腿的运动学模型；

S2)、通过对六足机器人的腿部进行几何分析，可以得到单条腿的逆运动学方程：

式中，θ₀为第一关节的初始角度，θ₁、θ₂和θ₃为第一关节、第二关节、第三关节的目标转动角度，l₁为第一关节电机的旋转轴中心与第二关节电机的旋转轴之间的长度，l₂为第二关节电机的旋转轴与第三关节电机的旋转轴之间的长度，l₃为第三关节电机的旋转轴与支撑足之间的长度，h为第一关节的坐标系原点在六足机器人本体坐标系下的高度；

S3)、通过获取六足机器人某一条腿的末端的坐标值(x,y,z)，从而得到六足机器人该条腿第一关节、第二关节、第三关节的目标转动角度θ₁、θ₂、θ₃；

S4)、为使六足机器人的6条腿之间相互协调，将六足机器人的6条腿均分成两组，其中一组抬起时，另一组作为支撑；假定六足机器人的6条腿均为A组和B组；并且规定当腿部末端在空中摆动的状态称为摆动相，当腿部末端在地面上支撑的状态称为支撑相；

S5)、在一个步态周期内，六足机器人的6条腿均为原始状态，六条步行腿同时着地；

S6)、A组的3条腿先抬起，向前摆动1个步长距离，与此同时，B组的3条腿支撑地面并驱动机器人机体向前移动1/2步长距离；

S7)、A组步行腿落地后，B组3条腿切换到摆动状态，向前摆动1个步长距离，与此同时，A组步行腿支撑地面并驱动机器人机体向前移动1/2步长距离；

S8)、B组步行腿落地，向前走了一个步长的距离，重复上述步骤。

6.根据权利要求5所述的一种轮足机器人的足式运动控制方法，其特征在于：

步骤S4)中，通过将机器人的右前腿、右后腿、以及左中腿作为A组，将右中腿、左前腿和左后腿作为B组。

7.一种轮足机器人的滑行控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、调节第三关节电机和第二关节电机的旋转角度，使被动轮的宽度中心线垂直于地面，同时被动轮的外表面与地面充分接触；

2)、然后调整第二关节电机旋转角度，使第三关节摆动，从而调整被动轮与机器人本体纵向对称线之间的距离，使得被动轮相对于地面产生相应的滑动摩擦力；

3)、在某一时刻，将第三关节电机和第二关节电机的旋转角度固定为某数值，第二关节和第三关节的垂直方向保持固定的姿态，然后第一关节电机的水平摆动，实现调整被动轮方向角，从而实现调整滑动摩擦力的方向，实现机器人的直线滑行或转弯。

8.根据权利要求7所述的一种轮足机器人的滑行控制方法，其特征在于，步骤1)中，所述的调节第三关节电机的旋转角度，保证机器人在整个运动过程中，每条腿的腿部的第三关节垂直于地面，而且内外的摆动幅度较小，这时可近似认为机器人作平面运动，被动轮的宽度中心始终与地面保持垂直，并且机器人上的所有被动轮在运行表面上作纯滚动，而且法向摩擦系数足够大的情况下，可以认为所有滚轮在法向无任何滑动，即滚轮与地面接触点的法向速度为零。

9.根据权利要求7所述的一种轮足机器人的滑行控制方法，其特征在于，所述的方法具体包括以下步骤：

步骤1)、设机器人惯性坐标系{O_uX_uY_u}，机器人坐标系{O_bX_bY_b}，滚轮坐标系{O_cX_cY_c}，(x_i,y_i)表示第i个滚轮在机器人坐标系中的位置，θ为滚轮方向角(即滚轮的法向与机器人坐标系轴X_b的夹角)，机器人位姿用ξ＝(x_b,y_b,φ)^T表示，(x_b,y_b)表示机器人质心即机器人坐标系原点在惯性坐标系下的位置坐标，φ机器人坐标系轴X_b与惯性坐标系轴X_u的夹角；

步骤2)、通过步骤1)的假设，机器人的六个滚轮如果都满足纯滚动和无滑动约束的条件，那么每个滚轮在其x_c上的速度都为0，在y_c方向上的速度为滚轮的滚动线速度，即满足：

其中

为机器人质心的在惯性坐标系下的线速度，r_i为第i个滚轮的半径，β_i为第i个滚轮的转动角速度，

为腿部摆动带来的滚轮在机器人坐标系下的摆动角速度；

由公式(1)和(2)可以得到滚轮的转动角速度β_i和滚轮的方向角θ如下：

步骤3)、由于机器人的驱动力是摩擦力F_n和F_t的合力，先作如下假设：

(1)机器人的六条腿是平均支撑机器人的重量；

(2)滚轮受到的法向摩擦力F_n为库伦摩擦力，其大小与滑动摩擦系数f_n成正比；

(3)滚轮受到的切向摩擦力F_t不仅与滚轮的正压力有关，而且与滚轮的转速

有关；

因此，在机器人滑行时滚轮受到的摩擦力F_n和F_t可以写成：

式子中：f_t、f_n、f_tc、

和T₁分别为滚轮与地面之间的滚动摩擦系数、滑动摩擦系数、包括轴承在内的阻尼转矩系数、机器人直线滑行时的速度和机器人支撑腿电机的驱动转矩；

和sign(T₁)的定义如下：

因此，可通过上述获取机器人直线滑行和转弯时的速度与机器人运动参数的关系。

10.根据权利要求9所述的一种轮足机器人的滑行控制方法，其特征在于，步骤11)中，所述的机器人的六个滚轮的纯滚动约束条件六个滚轮的无滑动约束的条件分别为：

六个滚轮的纯滚动约束条件为：

六个滚轮的纯滚动约束条件为：

六个滚轮的无滑动约束的条件为：

其中，

为机器人位姿向量的导数，

为滚轮角速度矢量，J_t(φ,θ)为机器人的法向运动特征向量，J_r为机器人的滚轮半径矩阵，J_n(φ,θ)为机器人的切向运动特征矩阵，即：

因此，滚轮的运动滚轮的位置由机器人位姿ξ、转动角速度β和滚轮的方向角θ确定，定义由这三个参数向量组成的广义坐标q：

q＝(ξ β θ)^T (12)；

式子中：

θ＝(θ₁ θ₂ θ₃ θ₄ θ₅ θ₆)^T (13)；

根据公式(5)和(6)机器人运动学约束方程写成如下的形式：

其中，J(q)为运动约束矩阵：

其中，T为转置。

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