CN115027588A - 一种可变形的双姿态仿生鼠妇机器人及其变形方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可变形的双姿态仿生鼠妇机器人及其变形方法，可采用轮式移动，或变换姿态为收缩姿态并进行蹬地动作实现滚地运动；本发明创新性地提出一种机械结构‑‑仿鼠妇的外壳结构设计，起到多姿态下保护机器人内部结构的作用；支撑模块用于实现姿态变形时的支撑，包括支撑臂、控制舵机和横向连接架；轮载运动模块在鼠妇机器人处于展开姿态时实现车轮驱动的运动；蹬地运动模块用于在鼠妇机器人处于收缩姿态时实现鼠妇的滚动运动，其行使功能的部件为前述支撑模块的部件。基于其变形能力，它很好适应并完成在复杂地貌、危险地带，开展救援、探查、运输等任务。

Description

一种可变形的双姿态仿生鼠妇机器人及其变形方法

技术领域

本发明涉及可变形的双姿态机器人领域，及仿生机器人领域。具体涉及一种有关仿生鼠妇的可变形的双姿态机器人及其变形方法。

背景技术

仿生学是一门比较新的科学，1960年才诞生，这一年9月13日，美国召开了第一届仿生学讨论会，仿生机器人是仿生学与机器人领域应用需求的结合产物。从机器人的角度来看，仿生机器人则是机器人发展的高级阶段。生物特性为机器人的设计提供了许多有益的参考，使得机器人可以从生物体上学习如自适应性、鲁棒性、运动多样性和灵活性等一系列良好的性能。仿生机器人按照其工作环境可分为陆面仿生机器人、空中仿生机器人和水下仿生机器人三种。此外，还有一些研究机构研究出水陆两栖机器人、水空两栖机器人等具有综合用途的仿生机器人。仿生机器人同时具有生物和机器人的特点，已经逐渐在反恐防爆、探索太空、抢险救灾等不适合由人来承担任务的环境中凸显出良好的应用前景。

在传统的仿生领域中，涉及到有关仿生鼠妇的技术比较缺乏，相关专利如“一种履带式鼠妇仿生变形机器人”(专利号：ZL201810457641.8)，该专利设计的仿生鼠妇可以实现两种姿态的变形，但是运动形态依旧只有轮式运动；专利“一种鼠妇仿生变形机器人”(专利号：ZL 201720259607.0)实现了姿态变换，但运动形式也是单一，且伸缩机构采用滑轨和舵机的组合使机器人的重量过大。

总之，现有仿生鼠妇机器人止于外形模仿的问题、重量较重的问题和缺乏鼠妇适应环境的功能的问题。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种可变形的双姿态仿生鼠妇机器人及其变形方法，具有两种运动方式的双姿态仿生鼠妇机器人，以解决机器人在遇到不同地形及复杂环境的运动问题。

本发明双姿态仿生鼠妇机器人在正常地貌时采用展开姿态进行轮式移动，在进入复杂地貌时能够变换姿态为收缩姿态并进行蹬地动作实现滚地运动；同时，本发明由8节单节外壳构成的壳体结构最接近真实鼠妇外壳，具有致密的保护作用；结构设计上重量减轻，使得机器人在适应环境运动时更加灵活、电机的功率和体积也得以降低。另外，本发明在球形状态下运动方式不同，伸缩结构上重量相对更轻，能使得机器人在适应环境运动时更加灵活；也使得电机的功率和体积得以降低。

本发明的仿生鼠妇机器人可以以展开姿态借用车轮进行行驶，也能变换成收缩姿态借用8节单节外壳构成的壳体及机械臂进行滚动的运动方式。

本发明的技术方案：一种可变形的双姿态仿生鼠妇机器人，包括：主控模块、外壳模块、收缩伸展模块、支撑模块、轮载运动模块、蹬地运动模块；

所述主控模块，通过主控模块接收发送命令实现与外界的交互；接收外部控制端的控制命令，采用PID算法控制轮载运动模块的驱动电机、收缩伸展模块的收缩电机以及蹬地运动模块的控制舵机，完成两种姿态运动即伸展姿态运动和收缩姿态运动，及伸展姿态运动和收缩姿态运动的相互转换；在正常地貌时采用展开姿态进行轮式移动，在进入复杂地貌时能够变换姿态为收缩姿态并进行蹬地动作实现滚地运动；

所述蹬地运动模块用于在收缩姿态时实现鼠妇机器人处于的滚动运动，它包括蹬地支撑臂、控制舵机和横向连接架，当需要收缩姿态运动时，在主控模块的指令下以固定频率运动，不断蹬地为收缩伸展模块实现收缩姿态运动提供动力来源，保证收缩姿态的滚地前进；同时接收收缩伸展模块的由伸展姿态到收缩姿态转换完成的指令，在收到姿态转换完成指令后启动蹬地运动，同时向收缩伸展模块发送开始蹬地运动指令，收缩伸展模块收到开始蹬地运动指令后将锁定保持收缩姿态；

所述收缩伸展模块，包括骨架、骨架连接件、缆绳、收缩电机和弹簧；一节骨架上安装一节单节外壳，8节单节外壳分别安装在8节骨架上，骨架间由骨架连接件连接，同时在各骨架中间轴线设计有一孔洞，孔洞内串入一条缆绳，缆绳的一端固连在第1节骨架，另一端与收缩电机相连接，同时在每两节骨架间安装一个弹簧；当需要变换成收缩姿态运动时，收缩电机在主控模块的控制下，使缆绳缩短从而拉紧骨架，相邻骨架发生相对旋转运动从而卷起骨架实现收缩；当需要变换成伸展姿态时，收缩电机在主控模块的控制下停止运动，弹簧弹力将各骨架弹开伸展；收缩伸展模块和蹬地运动模块之间需要保持指令互通，保证仅在收缩姿态下进行蹬地运动；当需要进行姿态转换时，主控模块将姿态转换指令发送给支撑模块、收缩伸展模块和蹬地运动模块；支撑模块接收到来自主控模块的姿态转换指令后驱动支撑臂撑起8节单节外壳，同时接收来自收缩伸展模块的姿态转换完成的指令，并根据此时的姿态进行下一步动作，若此时姿态已转换为伸展姿态则收起支撑臂，进入伸展姿态轮载运动模式，如此时姿态已转换为收缩姿态则保持撑起，并进一步协同蹬地运动模块完成蹬地运动；收缩伸展模块收到来自主控模块的姿态转换指令和来自支撑模块的支撑完成指令后开始姿态转换，同时在姿态转换完成后将姿态转换完成指令发送给支撑模块和蹬地运动模块；蹬地运动模块接收来自收缩伸展模块的由伸展姿态到收缩姿态转换完成的指令，在收到收缩姿态转换完成指令后启动蹬地运动，同时向收缩伸展模块发送开始蹬地运动指令，收缩伸展模块收到开始蹬地运动指令后将锁定保持收缩姿态；支撑模块和蹬地运动模块共用其硬件设备，包括支撑臂、支撑舵机和横向连接架，在两个蹬地运动模块和支撑模块中共同起到支撑作用，另外在蹬地运动模块中还具有完成蹬地的功能；

所述支撑模块用于实现姿态变形时的支撑，还用于实现仿生鼠妇机器人收缩姿态下的滚地运动；它包括支撑臂、支撑舵机和横向连接架，两根横向连接架横向安装在第4和第5节骨架上，互相平行；支撑舵机的转动平面与横向连接架两侧端面平齐安装在横向连接架两侧上，支撑臂作为机械臂，共四臂与支撑舵机的转轴相连；在行使支撑功能时，主控模块发出指令控制支撑臂连接的支撑舵机，使四臂撑地而起，并在完成撑起动作后支撑模块会发送支撑完成指令给收缩伸展模块，辅助收缩伸展模块完成两种姿态之间的转换；同时支撑模块接收来自收缩伸展模块姿态转换完成的指令；通过支撑模块支撑8节单节外壳，完成伸展收缩姿态的转换，实现蹬地运动，而处于蹬地运动时，同样需要通过伸展收缩模块和支撑模块转变回伸展姿态；

所述轮载运动模块，在伸展姿态时通过位于鼠妇机器人腹部车轮驱动实现轮载运动；它包括驱动电机、车轮和C形连接块和电机驱动板，在第2节骨架和第7节骨架两侧，C形连接块嵌套至骨架外围并固连，驱动电机则直接安装在C形连接块上并在转轴安装车轮，电机驱动板安装在各骨架的上表面；轮载运动模块接收主控模块的伸展姿态运动模式指令将通过电机驱动板控制电机开始轮载运动，以伸展姿态为初始姿态，处于初始状态时通过轮载运动模块实现轮载运动；以收缩姿态为初始形态，在需要转换为伸展姿态时，需要协同支撑模块和收缩伸展模块完成由收缩姿态向伸展姿态的转换；

所述外壳模块，起到多姿态下保护机器人内部结构的作用；外壳模块为收缩姿态成球状的壳体，球状壳体包括8节单节外壳，每节单节外壳构成收缩姿态成球形的壳体的一部分，在中心线处为内测壳体；使得收缩姿态运动下机器人稳定，且具有更强的灵活性，并且将内部的机械结构包裹住。

所述主控模块采用PID算法控制轮载运动模块的驱动电机、收缩伸展模块的收缩电机以及蹬地运动模块的控制舵机，完成两种姿态运动即伸展姿态运动和收缩姿态运动，及伸展姿态运动和收缩姿态运动的相互转换的具体过程如下：

(1)收缩姿态实现如下：主控模块发送转换姿态的控制命令给支撑模块和收缩伸展模块，控制支撑模块启动，在支撑模块舵机的驱动下使得原来处于水平状态的支撑臂旋转一个角度，此时支撑臂一前一后朝着相反的反向划地从而撑起仿生鼠妇，使得机器人重心上升至一定的高度，由8节单节外壳构成的壳体被撑起从而给第1、2、3、6、7、8节的骨架的收缩提供了空间，便于进行姿态变换；收缩伸展模块收到来自主控模块的姿态转换指令后，启动收缩电机，使得骨架间缆线长度减少，各个单节外壳之间的连接处相对角度减少，从而拉紧骨架和各个单节外壳，相邻单节外壳发生相对旋转运动，从而卷起各个单节外壳实现收缩姿态；

(2)伸展姿态实现如下：主控模块发送转换姿态的控制命令给支撑模块和收缩伸展模块，支撑模块接收到来自主控模块的姿态转换指令后驱动支撑臂，使8个单节外壳构成的壳体的开口朝下，然后通过舵机驱动使得支撑臂与水平地面垂直，准备支持整个机器人，达到姿态转换的需求，收缩伸展模块在接收到来自主控模块的由收缩姿态转换为伸展姿态的指令后驱动收缩电机反向工作，使得骨架间缆线长度伸长，各个单节外壳之间的连接处相对角度增加，放松骨架和各个单节外壳，相邻单节外壳发生相对旋转运动从而实现伸展；同时支撑臂的舵机也在开始缓慢旋转，使得机器人重心逐渐降落，最终完成机器人从收缩姿态到伸展姿态的转换；

(3)伸展姿态运动变换成收缩姿态运动具体过程如下：

(31)当位于机器人头部单节外壳的前部传感器判断机器人在伸展姿态的速度，发送给主控模块，主控模块根据当前速度与车轮转速之间的关系做出判断，判断当前地形是否适合车轮形式的运动；如果车轮出现一定程度的打滑，即当前地形不适合车轮的运动，主控模块将下达转换姿态的命令；主控模块下达转换姿态的命令后，发生变化的首先是轮载运动模块，控制车轮在短时间内制动停止，准备进入姿态变换；

(32)原来置于水平状态的支撑臂受舵机驱动旋转一个角度，此时支撑臂一前一后朝着相反的反向划地从而撑起每个单节外壳，使得机器人重心上升至一定的高度，从而给第1、2、3、6、7、8节骨架的收缩提供空间，便于进行姿态变换；

(33)收缩伸展模块接收到相应命令，然后收缩电机启动，使得骨架间缆线长度减少，各个单节外壳之间的连接处相对角度减少，从而拉紧骨架和各个单节外壳，相邻单节外壳发生相对旋转运动，从而卷起各个单节外壳实现收缩，机器人完成从伸展状态转换成收缩形态的变换，等待蹬地运动模块的指令；

(4)收缩姿态运动变为伸展姿态运动具体过程：

(41)机器人终止所有动作，开始利用机械臂调整自身姿态，使8个单节外壳构成的壳体的开口朝下，准备开始进行姿态变换；

(42)机械臂的舵机开始旋转一个角度，使得机械臂与水平地面垂直，准备支持整个机身进行伸展；

(43)收缩伸展模块接收到相应命令，收缩电机反向工作，使得骨架间缆线长度伸长，各个单节外壳之间的连接处相对角度开始增加，从而放松骨架和各个单节外壳，相邻单节外壳发生相对旋转运动从而实现8个单节外壳构成的壳体的伸展；

(44)当各个单节外壳在不断伸展的过程中，机械臂的舵机也在开始缓慢旋转，使得外壳开始逐渐降落，最终机器人完成从伸展状态运动转换成收缩形态运动的变换。

所述8节单节外壳连接在左右侧面高低不同的柱体斜面上，使得球体的圆心与收缩形态的几何中心不重合，收缩和伸展时相邻单节外壳之间相对开合，实现各个单节外壳的嵌套特点。

所述8节单节外壳中内侧壳体结构上覆盖橡胶蒙皮，降低机器人在收缩形态下滚动的损伤。

所述机械臂的底端采用弧形结构，能完成支撑的同时，方便了收缩形态下滚地运动时机械臂蹬。

所述仿生鼠妇机器人以展开姿态借用车轮进行行驶，或能变换成收缩姿态借用8个单节外壳构成的球形壳体及机械臂进行滚动的运动方式。

本发明的一种可变形的双姿态仿生鼠妇机器人的变形方法，实现步骤如下：

(1)收缩姿态实现如下：主控模块发送转换姿态的控制命令给支撑模块和收缩伸展模块，控制支撑模块启动，在支撑模块舵机的驱动下使得原来处于水平状态的支撑臂旋转一个角度，此时支撑臂一前一后朝着相反的反向划地从而撑起仿生鼠妇，使得机器人重心上升至一定的高度，8个单节外壳构成的壳体被撑起从而给第1、2、3、6、7、8节的骨架的收缩提供了空间，便于进行姿态变换；收缩伸展模块收到来自主控模块的姿态转换指令后，启动收缩电机，使得骨架间缆线长度减少，各个单节外壳之间的连接处相对角度减少，从而拉紧骨架和各个单节外壳，相邻单节外壳发生相对旋转运动，从而卷起每个单节外壳实现收缩姿态；

(2)伸展姿态实现如下：主控模块发送转换姿态的控制命令给支撑模块和收缩伸展模块，支撑模块接收到来自主控模块的姿态转换指令后驱动支撑臂，使8个单节外壳构成的壳体的开口朝下，然后通过舵机驱动使得支撑臂与水平地面垂直，准备支持整个机器人，达到姿态转换的需求，收缩伸展模块在接收到来自主控模块的由收缩姿态转换为伸展姿态的指令后驱动收缩电机反向工作，使得骨架间缆线长度伸长，各个球壳之间的连接处相对角度增加，从而放松骨架和每个单节外壳，相邻单节外壳发生相对旋转运动从而实现8个单节外壳构成的壳体的伸展；同时支撑臂的舵机也在开始缓慢旋转，使得机器人重心逐渐降落，最终完成机器人从收缩姿态到伸展姿态的转换；

(3)伸展姿态运动变换成收缩姿态运动具体过程如下：

(31)当位于机器人头部单节外壳的前部传感器判断机器人在伸展姿态的速度，发送给主控模块，主控模块根据当前速度与车轮转速之间的关系做出判断，判断当前地形是否适合车轮形式的运动；如果车轮出现一定程度的打滑，即当前地形不适合车轮的运动，主控模块将下达转换姿态的命令；主控模块下达转换姿态的命令后，发生变化的首先是轮载运动模块，控制车轮在短时间内制动停止，准备进入姿态变换；

(32)原来置于水平状态的支撑臂受舵机驱动旋转一个角度，此时支撑臂一前一后朝着相反的反向划地从而撑起8个单节外壳构成的壳体，使得8个单节外壳构成的壳体重心上升至一定的高度，从而给第1、2、3、6、7、8节骨架的收缩提供空间，便于进行姿态变换；

(33)收缩伸展模块接收到相应命令，然后收缩电机启动，使得骨架间缆线长度减少，各个单节外壳之间的连接处相对角度减少，从而拉紧骨架和各个单节外壳，相邻单节外壳发生相对旋转运动，从而卷起各个单节外壳实现收缩，机器人完成从伸展状态转换成收缩形态的变换，等待蹬地运动模块的指令；

(4)收缩姿态运动变为伸展姿态运动具体过程：

(41)机器人终止所有动作，开始利用机械臂调整自身姿态，使8个单节外壳构成的壳体的开口朝下，准备开始进行姿态变换；

(42)机械臂的舵机开始旋转一个角度，使得机械臂与水平地面垂直，准备支持整个8个单节外壳构成的壳体进行伸展；

(43)收缩伸展模块接收到相应命令，收缩电机反向工作，使得骨架间缆线长度伸长，各个球壳之间的连接处相对角度开始增加，从而放松骨架和各个单节外壳，相邻外壳发生相对旋转运动从而实现8个单节外壳构成的壳体的伸展；

(44)当各个单节外壳在不断伸展的过程中，机械臂的舵机也在开始缓慢旋转，使得各个单节外壳开始逐渐降落，最终机器人完成从收缩姿态运动转换成伸展姿态运动的变换。

本发明技术方案的突出优点在于：

(1)本发明解决了机器人在遇到不同地形及复杂环境的运动问题。双姿态仿生鼠妇机器人可采用轮式移动，或变换姿态为收缩姿态并进行蹬地动作实现滚地运动。该发明创新性地提出一种机械结构--仿鼠妇的外壳结构设计，起到多姿态下保护机器人内部结构的作用；支撑模块用于实现姿态变形时的支撑，包括支撑臂、控制舵机和横向连接架；轮载运动模块在鼠妇机器人处于展开姿态时实现车轮驱动的运动；蹬地运动模块用于在鼠妇机器人处于收缩姿态时实现鼠妇的滚动运动，其行使功能的部件为前述支撑模块的部件。基于其变形能力，它可以很好适应并完成在复杂地貌、危险地带，开展救援、探查、运输等任务。

(2)本发明的仿生鼠妇在两种姿态下分别进行不同的运动。在伸展姿态时与轮式机器人相似，实现轮式机器人能的运动。在面对复杂地貌情形时，如大石块构成的崎岖路面，车轮无法碾过石块、或石块对机器人底部有磕碰易造成损坏；或如沙地水洼地，草地，路面支撑力差，车轮容易下陷，最终导致机器人无法行进；仿生鼠妇在面对类似情形时，本发明可选择转变为球体状态，利用外部机械腿辅助作用，实现蹬地向前滚动，从而具有强大的地形适应性。

(3)本发明的仿生鼠妇机器人具有接近真实鼠妇的外形结构特点。外壳部分由8节单节外壳嵌套式组成，每节单节外壳取自球体的一部分，球体部分的圆心与收缩姿态的球状的壳体几何中心有一定的偏移。由于多节单节外壳的圆心各自偏移的特点，使得收缩和伸展时相邻单节外壳之间相对开合，从而实现单节外壳的嵌套特点，还原鼠妇的外壳特征。各个单节外壳结构层层嵌套，展开和收缩时都包裹致密，最为接近真实鼠妇的外壳。在斜坡运动情形下，可以以球体形态滚下斜坡，因而运动快速，且由于8个单节外壳构成的壳体缓冲保护，各零部件不易遭到损伤。此外，普通四足机器人的关节常常暴露在外，在遭遇碰撞、摔倒时，容易因冲击力对结构造成破坏，可靠性低。相比之下，仿生鼠妇机器人凭借鼠妇的嵌套式结构包裹内部关节，对冲击起到了缓冲，可以有效抵抗摔落和碰撞等冲击作用。

(4)本发明的仿生鼠妇机器人各模块设计轻量化。相比用多个舵机控制骨架间的相对运动的模式，本发明的收缩伸展模块使用的铰接和弹簧用一个电机控制8节单节外壳的收缩和伸展，结构简单且重量大幅降低，免去了舵机和其他复杂机构的使用；摒弃多个固定轮系和连接结构构成履带式运动模块的设计，本发明的轮载运动模块的重量仅存在于车轮和电机上，重量更轻。轻量化的设计使得机器人在适应环境运动时更加灵活；也使得电机的功率和体积得以降低。

附图说明

图1为本发明的机器人组成框图；

图2是本发明外壳部分的单节外壳结构；

图3是本发明的伸展姿态的结构示意图；

图4是本发明的收缩姿态的结构示意图；

图5是本发明的单节外壳的结构示意图；

图6是本发明的连接结构的结构示意图；

图7是本发明在收缩姿态的实体图；

图8是本发明在伸展姿态的实体图。

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，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步描述。

本发明可变形的双姿态仿生鼠妇机器人，它仿自然界的生物鼠妇而设计。它的特点是可以以两种姿态——伸展姿态和收缩姿态，在不同地形下运动，对复杂地形有着很强的适应能力。由于仿照鼠妇致密嵌套的身体结构设计外壳和骨架，仿生鼠妇机器人能很好地保护机器人自身的内部结构。在特定场景时具有针对性姿态变换和运动的功能，面对高处坠落情形时，仿生鼠妇机器人可变换为收缩姿态减轻坠落损伤；面对需要做斜坡运动的情形时，仿生鼠妇机器人可变换为收缩姿态便于滚动运动。

如图1所示，本发明的仿生鼠妇机器人包括：主控模块、外壳模块、支撑模块、收缩伸展模块、轮载运动模块和蹬地运动模块。而各运动模块均依附于外壳模块，通过主控模块接收发送命令实现与外界的交互，机器人以伸展姿态为初始姿态，在伸展姿态时可以通过轮载运动模块实现轮载运动，或是通过支撑模块支撑机器人由8节单节外壳构成的壳体，从而实现伸展收缩状态的转换，实现蹬地运动，而处于蹬地状态时，同样需要通过伸展收缩模块和支撑模块转变回伸展状态。

主控模块，通过主控模块接收发送命令实现与外界的交互；接收外部控制端的控制命令，采用PID算法控制轮载运动模块的驱动电机、收缩伸展模块的收缩电机以及蹬地运动模块的控制舵机，完成两种姿态运动即伸展姿态运动和收缩姿态运动，及伸展姿态运动和收缩姿态运动的相互转换；在正常地貌时采用展开姿态进行轮式移动，在进入复杂地貌时能够变换姿态为收缩姿态并进行蹬地动作实现滚地运动；

外壳模块，起到多姿态下保护机器人内部结构的作用；为球状壳体，球状壳体包括8节单节外壳，每节单节外壳构成球形壳体的一部分，在中心线处为球体；使得收缩姿态运动下机器人稳定，且具有更强的灵活性，并且将内部的机械结构包裹住。

支撑模块用于实现姿态变形时的支撑，还用于实现仿生鼠妇机器人收缩姿态下的滚地运动；它包括支撑臂、支撑舵机和横向连接架，两根横向连接架横向安装在第4和第5节骨架上，互相平行；支撑舵机的转动平面与横向连接架两侧端面平齐安装在横向连接架两侧上，支撑臂作为机械臂，共四臂与支撑舵机的转轴相连；在行使支撑功用时，主控模块发出指令控制支撑臂连接的支撑舵机，使四臂撑地而起，并在完成撑起动作后支撑模块会发送支撑完成指令给收缩伸展模块，辅助收缩伸展模块完成两种姿态之间的转换；同时支撑模块接收来自收缩伸展模块姿态转换完成的指令。通过支撑模块支撑机器人8节单节外壳，从而实现伸展收缩姿态的转换，实现蹬地运动，而处于蹬地运动时，同样需要通过伸展收缩模块和支撑模块转变回伸展姿态。

收缩伸展模块，包括骨架、骨架连接件、缆绳、收缩电机和弹簧；一节骨架上安装一节单节外壳，8节单节外壳分别安装在8节骨架上，骨架间由骨架连接件连接，同时在各骨架中间轴线设计有一孔洞，孔洞内串入一条缆绳，缆绳的一端固连在第1节骨架，另一端与收缩电机相连接，同时在每两节骨架间安装一个弹簧；当需要变换成收缩姿态运动时，收缩电机在主控模块的控制下，使缆绳缩短从而拉紧骨架，相邻骨架发生相对旋转运动从而卷起骨架实现收缩；当需要变换成伸展姿态时，收缩电机在主控模块的控制下停止运动，弹簧弹力将各骨架弹开伸展；收缩伸展模块和蹬地运动模块之间需要保持指令互通，进而保证仅在收缩姿态下进行蹬地运动。当需要进行姿态转换时，主控模块会将姿态转换指令发送给支撑模块、收缩伸展模块和蹬地运动模块。支撑模块接收到来自主控模块的姿态转换指令后驱动支撑臂撑起8节单节外壳，同时接收来自收缩伸展模块的姿态转换完成的指令，并根据此时的姿态进行下一步动作，若此时姿态已转换为伸展姿态则收起支撑臂，进入伸展姿态轮载运动模式，如此时姿态已转换为收缩姿态则保持撑起，并进一步协同蹬地运动模块完成蹬地运动。收缩伸展模块收到来自主控模块的姿态转换指令和来自支撑模块的支撑完成指令后开始姿态转换，同时在姿态转换完成后将姿态转换完成指令发送给支撑模块和蹬地运动模块。蹬地运动模块接收来自收缩伸展模块的由伸展姿态到收缩姿态转换完成的指令，在收到收缩姿态转换完成指令后启动蹬地运动，同时向收缩伸展模块发送开始蹬地运动指令，收缩伸展模块收到开始蹬地运动指令后将锁定保持收缩姿态。支撑模块和蹬地运动模块共用其硬件设备，包括支撑臂、支撑舵机和横向连接架，在两个蹬地运动模块和支撑模块中共同起到支撑作用，另外在蹬地运动模块中还具有完成蹬地的功能。

轮载运动模块，在伸展姿态时通过位于鼠妇机器人腹部车轮驱动实现轮载运动；它包括驱动电机、车轮和C形连接块和电机驱动板，在第2节骨架和第7节骨架两侧，C形连接块嵌套至骨架外围并固连，驱动电机则直接安装在C形连接块上并在转轴安装车轮，电机驱动板安装在各骨架的上表面；轮载运动模块接收主控模块的伸展姿态运动模式指令将通过电机驱动板控制电机开始轮载运动。以伸展姿态为初始姿态，处于初始状态时通过轮载运动模块实现轮载运动；以收缩姿态为初始形态，在需要转换为伸展姿态时，需要协同支撑模块和收缩伸展模块完成由收缩姿态向伸展姿态的转换。

蹬地运动模块用于在收缩姿态时实现鼠妇机器人处于的滚动运动，它包括蹬地支撑臂、控制舵机和横向连接架，当需要收缩姿态运动时，在主控模块的指令下以固定频率运动，不断蹬地为收缩伸展模块实现收缩姿态运动提供动力来源，保证收缩姿态的滚地前进；同时接收收缩伸展模块的由伸展姿态到收缩姿态转换完成的指令，在收到姿态转换完成指令后启动蹬地运动，同时向收缩伸展模块发送开始蹬地运动指令，收缩伸展模块收到开始蹬地运动指令后将锁定保持收缩姿态。

仿生鼠妇机器人的外壳模块部分共由8块同样的单节外壳结构构成，单节外壳结构如图2所示，外侧壳体1，起到保护内部结构的作用；内侧壳体2，使得收缩姿态下机器人的稳定性得以保障；连接柱体3，连接内侧壳体2与连接结构4；连接结构4，起到连接合页、钢丝绳、骨架、支撑模块及单节外壳的作用；中部穿孔5，钢丝绳穿过的孔洞；顶部穿孔6，合页安装的孔洞。单节外壳的外形需要嵌套式的，以及在伸展和收缩姿态中互补物理冲突的圆壳结构，因此由偏心球壳的截取得到。同时，每个单节外壳以支柱与连接结构相连，确保8块单节外壳的连接结构相互之间的连接，以及机器人在控制装置上的集中安置。连接结构由T型梯型拉伸体构成，顶面与中部设有孔洞，以使连接结构之间使用合页相互连接和钢丝绳在连接结构中的连贯。

本发明的可变形的双姿态仿生鼠妇机器人实现以下三个功能：功能1：伸展姿态和收缩姿态的相互转换；功能2：伸展姿态的运动；功能3：收缩姿态的运动；

所述功能1的收缩姿态实现包括以下步骤：

步骤1：发送机器人转换姿态的控制命令，准备进入姿态变换；

步骤2：支撑模块启动，机械臂支撑使机器人的结构升起；

步骤3：收缩伸展模块启动，进行由伸展变为收缩的姿态变化；

步骤4：机器人在在机械臂的支撑下缓慢降落；

所述功能1的伸展姿态实现包括以下步骤：

步骤1：发送机器人转换姿态的控制命令，准备进入姿态变换；

步骤2：支撑模块启动，机械臂支撑使机器人的结构升起；

步骤3：收缩伸展模块启动，进行由收缩变为伸展的姿态变化；

步骤4：机器人在在机械臂的支撑下缓慢降落；

所述功能1的实现依赖于支撑模块，其结构包括支撑臂、控制舵机和横向连接架；以及收缩伸展模块，其结构包括骨架、骨架连接件、缆绳、收缩电机和弹簧。功能1的两方面的步骤2都依赖于舵机驱动四臂撑地，使仿生鼠妇重心提高；步骤3都依赖于前述的骨架、缆绳、弹簧串联组成的结构；步骤4都依赖于舵机驱动四臂反向旋转，使仿生鼠妇重心降低。

伸展姿态和收缩姿态的相互转换中的伸展姿态变换成收缩姿态具体过程：

在步骤1中，当球壳前部感受器判断机器人在伸展形态的速度，发送给主控模块，主控模块根据当前速度与车轮转速之间的关系做出判断，判断当前地形是否适合车轮形式的运动；如果车轮出现一定程度的打滑，即当前地形不适合车轮的运动，主控模块将下达转换姿态的命令；主控模块下达转换姿态的命令后，发生变化的首先是轮载运动模块，控制车轮在短时间内制动停止，准备进入姿态变换；

在步骤2中，原来置于水平状态的支撑臂受舵机驱动旋转一个角度，此时支撑臂一前一后朝着相反的反向划地从而撑起仿生鼠妇，使得重心上升至一定的高度，由8节单节外壳构成的壳体被撑起从而给第1、2、3、6、7、8节的骨架的收缩提供了空间，便于进行姿态变换；

在步骤3中，收缩伸展模块接收到相应命令，然后收缩电机启动，使得骨架间缆线长度减少，各个球壳之间的连接处相对角度减少，从而拉紧骨架和每个单节外壳，相邻单节外壳发生相对旋转运动，从而卷起每个单节外壳实现收缩，机器人完成从伸展状态转换成收缩形态的变换，等待蹬地运动模块的指令；

伸展姿态和收缩姿态的相互转换中收缩姿态变为伸展姿态具体过程：

在步骤1中，机器人终止所有动作，开始利用机械臂调整自身姿态，使由8节单节外壳构成的壳体的开口朝下，准备开始进行姿态变换；

在步骤2中，机械臂的舵机开始旋转一个角度，使得机械臂与水平地面垂直，准备支持整个机身，使仿生鼠妇进行伸展；

在步骤3中，收缩伸展模块其次接收到相应命令，然后收缩电机反向工作，使得骨架间缆线长度伸长，各个球壳之间的连接处相对角度开始增加，从而放松骨架和每个单节外壳，相邻单节外壳发生相对旋转运动从而实现由8节单节外壳构成的壳体的伸展；

在步骤4中，当机身在不断伸展的过程中，机械臂的舵机也在开始缓慢旋转，使得机身开始逐渐降落，最终机器人完成从伸展状态转换成收缩形态的变换；

所述功能2的实现依靠轮载运动模块；当伸展姿态就绪时，主控模块控制驱动电机发动，以车轮驱动的方式行进；

所述功能3的实现依靠支撑模块和蹬地运动模块，当仿生鼠妇机器人处于收缩姿态时，通过主控模块控制支撑模块舵机旋转，前后支撑臂在合适的时序控制下做蹬地运动，从而使收缩姿态下的机器人获得动力进行滚动运动。所述功能3创新在于：结构上，四个直臂分布在仿生鼠妇的第3、4节骨架的两侧，位于铅锤面内，直臂与舵机连接，舵机固定于第3、4节骨架上；控制上，给予舵机时序信号伺服控制，通过直臂摆动角度的变化转换为仿生鼠妇重心的升高和降低。

以伸展姿态为初始姿态为例，可变形的双姿态仿生鼠妇机器人的“伸展-轮载运动-收缩-蹬地运动-伸展”动态工作过程如下：

(1)初始姿态为伸展姿态，轮载运动模块正常驱动位于机器人腹部的轮子完成轮载运动，在轮载运动过程中机器人头部传感器感受判断机器人在伸展姿态的速度，发送给主控模块，主控模块根据当前速度与车轮转速之间的关系做出判断，判断当前地形是否适合车轮形式的运动；如果车轮出现一定程度的打滑，即当前地形不适合车轮的运动，主控模块将下达转换姿态的命令给轮载运动模块、支撑模块、收缩伸展模块和蹬地运动模块；主控模块下达转换姿态的命令后，发生变化的首先是轮载运动模块，控制车轮在短时间内制动停止，准备进入姿态变换。

(2)支撑模块接收到来自主控模块的姿态转换指令后，原来置于水平状态的支撑臂受舵机驱动旋转一个角度，此时支撑臂一前一后朝着相反的反向划地从而撑起仿生鼠妇，使得机器人重心上升至一定的高度，由8节单节外壳构成的壳体被撑起从而给第1、2、3、6、7、8节的骨架的收缩提供了空间，便于进行姿态变换。

(3)收缩伸展模块收到来自主控模块的姿态转换指令后，启动收缩电机，使得骨架间缆线长度减少，各个单节外壳之间的连接处相对角度减少，从而拉紧骨架和每个单节外壳，相邻单节外壳发生相对旋转运动，从而卷起每个单节外壳实现收缩，机器人完成从伸展状态转换成收缩形态的变换，等待蹬地运动模块的指令。

(4)收缩伸展模块完成由伸展姿态到收缩姿态转换后将姿态转换完成指令发送给支撑模块和蹬地模块，蹬地模块在收到姿态转换完成指令后进行蹬地运动，同时发送蹬地运动指令给收缩伸展模块，收缩伸展模块收到开始蹬地运动指令后将锁定保持收缩姿态。

(5)在收缩姿态的蹬地运动过程中，位于机器人头部的传感器实时检测运动环境和过程，在主控模块根据传感器数据信息判断需要由收缩姿态转换为伸展姿态时，主控模块将下达转换姿态的命令给轮载运动模块、支撑模块、收缩伸展模块和蹬地运动模块，蹬地运动模块收到由收缩姿态转换为伸展姿态的指令后停止蹬地，支撑模块接收到来自主控模块的由收缩姿态转为为伸展姿态的指令后驱动支撑臂，使由8节单节外壳构成的壳体的开口朝下，然后通过舵机驱动使得支撑臂与水平地面垂直，准备支持整个机器人，达到姿态转换的需求，收缩伸展模块在接收到来自主控模块的由收缩姿态转换为伸展姿态的指令后驱动收缩电机反向工作，使得骨架间缆线长度伸长，各个单节外壳之间的连接处相对角度增加，从而放松骨架和每个单节外壳，相邻单节外壳发生相对旋转运动从而实现由8节单节外壳构成的壳体的伸展；同时支撑臂的舵机也在开始缓慢旋转，使得机器人重心逐渐降落，最终完成机器人从收缩姿态到伸展姿态的转换。

初始姿态为收缩姿态时，可变形的双姿态仿生鼠妇机器人的“收缩-蹬地运动-伸展-轮载运动-收缩”动态工作过程如下：

(1)初始姿态为收缩姿态，蹬地模块在收到收缩姿态确认指令后进行蹬地运动，同时发送蹬地运动指令给收缩伸展模块，收缩伸展模块收到开始蹬地运动指令后将锁定保持收缩姿态。

(2)在收缩姿态的蹬地运动过程中，位于机器人头部的传感器实时检测运动环境和过程，在主控模块根据传感器数据信息判断需要由收缩姿态转换为伸展姿态时，主控模块将下达转换姿态的命令给轮载运动模块、支撑模块、收缩伸展模块和蹬地运动模块，蹬地运动模块收到由收缩姿态转换为伸展姿态的指令后停止蹬地，支撑模块接收到来自主控模块的由收缩姿态转为为伸展姿态的指令后驱动支撑臂，使由8节单节外壳构成的壳体的开口朝下，然后通过舵机驱动使得支撑臂与水平地面垂直，准备支持整个机器人，达到姿态转换的需求，收缩伸展模块在接收到来自主控模块的由收缩姿态转换为伸展姿态的指令后驱动收缩电机反向工作，使得骨架间缆线长度伸长，各个单节外壳之间的连接处相对角度增加，从而放松骨架和每个单节外壳，相邻单节外壳发生相对旋转运动从而实现由8节单节外壳构成的壳体的伸展；同时支撑臂的舵机也在开始缓慢旋转，使得机器人重心逐渐降落，最终完成机器人从收缩姿态到伸展姿态的转换。

(3)轮载运动模块在收到来自收缩伸展模块的收缩到伸展姿态转换完成指令，驱动位于机器人腹部的轮子完成轮载运动，在轮载运动过程中机器人头部传感器感受判断机器人在伸展姿态的速度，发送给主控模块，主控模块根据当前速度与车轮转速之间的关系做出判断，判断当前地形是否适合车轮形式的运动；如果车轮出现一定程度的打滑，即当前地形不适合车轮的运动，主控模块将下达转换姿态的命令给轮载运动模块、支撑模块、收缩伸展模块和蹬地运动模块；主控模块下达转换姿态的命令后，发生变化的首先是轮载运动模块，控制车轮在短时间内制动停止，准备进入姿态变换。

(4)支撑模块接收到来自主控模块的姿态转换指令后，原来置于水平状态的支撑臂受舵机驱动旋转一个角度，此时支撑臂一前一后朝着相反的反向划地从而撑起仿生鼠妇，使得机器人重心上升至一定的高度，由8节单节外壳构成的壳体被撑起从而给第1、2、3、6、7、8节的骨架的收缩提供了空间，便于进行姿态变换。

(5)收缩伸展模块收到来自主控模块的姿态转换指令后，启动收缩电机，使得骨架间缆线长度减少，各个单节外壳之间的连接处相对角度减少，从而拉紧骨架和每个单节外壳，相邻单节外壳发生相对旋转运动，从而卷起每个单节外壳实现收缩，机器人完成从伸展状态转换成收缩形态的变换，等待蹬地运动模块的指令。

如图3所示为仿生鼠妇机器人的伸展姿态结构示意图，其中标注7为单节外壳，仿生鼠妇机器人在伸展姿态时，通过第2节和第7节单节外壳骨架上的车轮作为支撑立于地面，各个单节外壳呈现平行状态，单节外壳相互之间通过合页相连，从而限制单节外壳水平方向的相互运动，通过每个单节外壳孔洞穿过的钢丝绳以及收缩状态的弹簧限制各个单节外壳的相互旋转，使得由8节单节外壳构成的壳体维持如图1所示的伸展姿态。同时，使用者可以通过车轮来控制伸展姿态下仿生鼠妇机器人的运动。

如图4所示，仿生鼠妇机器人在收缩姿态时，通过由8节单节外壳7构成的壳体作为支撑立于地面，每个单节外壳7的连接结构呈45°夹角，单节外壳相互之间通过合页相连，从而限制单节外壳水平方向的相互运动，通过比伸展姿态下短，但长度确定的钢丝绳，以及被紧压的弹簧限制各个单节外壳的相互旋转，使得由8节单节外壳构成的壳体维持如图4所示的收缩姿态。同时，使用者可以通过机械臂来控制收缩姿态下仿生鼠妇机器人的运动。

仿生鼠妇机器人单节外壳结构如图5所示，每个单节外壳7由两侧的外侧壳体1以及中间的内测壳体2构成。两侧的外侧壳体1致密包裹，主要起保护内部结构的作用；中间的内测壳体2结构设计，使得收缩姿态下机器人的稳定性得以保障。此外，在内测壳体2之上覆盖有橡胶蒙皮，从而减小了机器人在收缩状态的运动颠簸以及提供了摔落和碰撞等冲击情形时的缓冲作用。连接柱体3，连接内测壳体2与连接结构4；连接结构4，起到连接合页、钢丝绳、骨架、支撑模块及单节外壳7的作用；中部穿孔5，钢丝绳穿过的孔洞；顶部穿孔6，合页安装的孔洞。

仿生鼠妇机器人的连接结构如图6所示，连接结构起到连接合页、钢丝绳、骨架、支撑模块及单节外壳的作用。合页通过上顶的顶部穿孔6安装；钢丝绳穿过中间的中部穿孔5，并且在每两连接之间穿插弹簧；C型连接块嵌套在连接结构外侧，固定车轮及电机；支撑模块固定在连接结构下底。

仿生鼠妇机器人的支撑模块用于实现姿态变形时的支撑，包括支撑臂、控制舵机和横向连接架。支撑臂共有四臂，各有两臂分置于仿生鼠妇机器人的两侧，支撑臂直接与控制舵机相连，舵机安装在横向连接架上，而两根横向连接架横向安装在第4和第5节骨架结构上。在行使支撑功用时，主控模块发出指令控制支撑臂连接的舵机，使四臂撑地而起。

仿生鼠妇机器人Ubuntu系统通过PuTTY和window系统进行ssh连接，实现信号的传输，进而通过相关算法及PWM调速实现支撑、收缩伸展、轮载运动和蹬地运动。

实物操作方面，仿生鼠妇机器人实物机实现了收缩姿态的收缩的功能，如图7所示；同时如图8所示，实现了伸展姿态的运动功能。

Claims (7)

1.一种可变形的双姿态仿生鼠妇机器人，其特征在于：包括：主控模块、外壳模块、收缩伸展模块、支撑模块、轮载运动模块、蹬地运动模块；

所述主控模块，通过主控模块接收发送命令实现与外界的交互；接收外部控制端的控制命令，采用PID算法控制轮载运动模块的驱动电机、收缩伸展模块的收缩电机以及蹬地运动模块的控制舵机，完成两种姿态运动即伸展姿态运动和收缩姿态运动，及伸展姿态运动和收缩姿态运动的相互转换；在正常地貌时采用展开姿态进行轮式移动，在进入复杂地貌时能够变换姿态为收缩姿态并进行蹬地动作实现滚地运动；

所述蹬地运动模块用于在收缩姿态时实现鼠妇机器人处于的滚动运动，它包括蹬地支撑臂、控制舵机和横向连接架，当需要收缩姿态运动时，在主控模块的指令下以固定频率运动，不断蹬地为收缩伸展模块实现收缩姿态运动提供动力来源，保证收缩姿态的滚地前进；同时接收收缩伸展模块的由伸展姿态到收缩姿态转换完成的指令，在收到姿态转换完成指令后启动蹬地运动，同时向收缩伸展模块发送开始蹬地运动指令，收缩伸展模块收到开始蹬地运动指令后将锁定保持收缩姿态；

所述收缩伸展模块，包括骨架、骨架连接件、缆绳、收缩电机和弹簧；一节骨架上安装一节单节外壳，8节单节外壳分别安装在8节骨架上，骨架间由骨架连接件连接，同时在各骨架中间轴线设计有一孔洞，孔洞内串入一条缆绳，缆绳的一端固连在第1节骨架，另一端与收缩电机相连接，同时在每两节骨架间安装一个弹簧；当需要变换成收缩姿态运动时，收缩电机在主控模块的控制下，使缆绳缩短从而拉紧骨架，相邻骨架发生相对旋转运动从而卷起骨架实现收缩；当需要变换成伸展姿态时，收缩电机在主控模块的控制下停止运动，弹簧弹力将各骨架弹开伸展；收缩伸展模块和蹬地运动模块之间需要保持指令互通，保证仅在收缩姿态下进行蹬地运动；当需要进行姿态转换时，主控模块将姿态转换指令发送给支撑模块、收缩伸展模块和蹬地运动模块；支撑模块接收到来自主控模块的姿态转换指令后驱动支撑臂撑起8节单节外壳，同时接收来自收缩伸展模块的姿态转换完成的指令，并根据此时的姿态进行下一步动作，若此时姿态已转换为伸展姿态则收起支撑臂，进入伸展姿态轮载运动模式，如此时姿态已转换为收缩姿态则保持撑起，并进一步协同蹬地运动模块完成蹬地运动；收缩伸展模块收到来自主控模块的姿态转换指令和来自支撑模块的支撑完成指令后开始姿态转换，同时在姿态转换完成后将姿态转换完成指令发送给支撑模块和蹬地运动模块；蹬地运动模块接收来自收缩伸展模块的由伸展姿态到收缩姿态转换完成的指令，在收到收缩姿态转换完成指令后启动蹬地运动，同时向收缩伸展模块发送开始蹬地运动指令，收缩伸展模块收到开始蹬地运动指令后将锁定保持收缩姿态；支撑模块和蹬地运动模块共用其硬件设备，包括支撑臂、支撑舵机和横向连接架，在两个蹬地运动模块和支撑模块中共同起到支撑作用，另外在蹬地运动模块中还具有完成蹬地的功能；

所述支撑模块用于实现姿态变形时的支撑，还用于实现仿生鼠妇机器人收缩姿态下的滚地运动；它包括支撑臂、支撑舵机和横向连接架，两根横向连接架横向安装在第4和第5节骨架上，互相平行；支撑舵机的转动平面与横向连接架两侧端面平齐安装在横向连接架两侧上，支撑臂作为机械臂，共四臂与支撑舵机的转轴相连；在行使支撑功能时，主控模块发出指令控制支撑臂连接的支撑舵机，使四臂撑地而起，并在完成撑起动作后支撑模块会发送支撑完成指令给收缩伸展模块，辅助收缩伸展模块完成两种姿态之间的转换；同时支撑模块接收来自收缩伸展模块姿态转换完成的指令；通过支撑模块支撑8节单节外壳，完成伸展收缩姿态的转换，实现蹬地运动，而处于蹬地运动时，同样需要通过伸展收缩模块和支撑模块转变回伸展姿态；

所述轮载运动模块，在伸展姿态时通过位于鼠妇机器人腹部车轮驱动实现轮载运动；它包括驱动电机、车轮和C形连接块和电机驱动板，在第2节骨架和第7节骨架两侧，C形连接块嵌套至骨架外围并固连，驱动电机则直接安装在C形连接块上并在转轴安装车轮，电机驱动板安装在各骨架的上表面；轮载运动模块接收主控模块的伸展姿态运动模式指令将通过电机驱动板控制电机开始轮载运动，以伸展姿态为初始姿态，处于初始状态时通过轮载运动模块实现轮载运动；以收缩姿态为初始形态，在需要转换为伸展姿态时，需要协同支撑模块和收缩伸展模块完成由收缩姿态向伸展姿态的转换；

所述外壳模块，起到多姿态下保护机器人内部结构的作用；外壳模块为收缩姿态成球状的壳体，球状壳体包括8节单节外壳，每节单节外壳构成收缩姿态成球形的壳体的一部分，在中心线处为内测壳体；使得收缩姿态运动下机器人稳定，且具有更强的灵活性，并且将内部的机械结构包裹住。

2.根据权利要求1所述的一种可变形的双姿态仿生鼠妇机器人，其特征在于：所述主控模块采用PID算法控制轮载运动模块的驱动电机、收缩伸展模块的收缩电机以及蹬地运动模块的控制舵机，完成两种姿态运动即伸展姿态运动和收缩姿态运动，及伸展姿态运动和收缩姿态运动的相互转换的具体过程如下：

(1)收缩姿态实现如下：主控模块发送转换姿态的控制命令给支撑模块和收缩伸展模块，控制支撑模块启动，在支撑模块舵机的驱动下使得原来处于水平状态的支撑臂旋转一个角度，此时支撑臂一前一后朝着相反的反向划地从而撑起仿生鼠妇，使得机器人重心上升至一定的高度，外壳被撑起从而给第1、2、3、6、7、8节的骨架的收缩提供了空间，便于进行姿态变换；收缩伸展模块收到来自主控模块的姿态转换指令后，启动收缩电机，使得骨架间缆线长度减少，各个单节外壳之间的连接处相对角度减少，从而拉紧骨架和各个单节外壳，相邻单节外壳发生相对旋转运动，从而卷起各个单节外壳实现收缩姿态；

(2)伸展姿态实现如下：主控模块发送转换姿态的控制命令给支撑模块和收缩伸展模块，支撑模块接收到来自主控模块的姿态转换指令后驱动支撑臂，使8个单节外壳构成的壳体的开口朝下，然后通过舵机驱动使得支撑臂与水平地面垂直，准备支持整个机器人，达到姿态转换的需求，收缩伸展模块在接收到来自主控模块的由收缩姿态转换为伸展姿态的指令后驱动收缩电机反向工作，使得骨架间缆线长度伸长，各个单节外壳之间的连接处相对角度增加，放松骨架和各个单节外壳，相邻单节外壳发生相对旋转运动从而实现伸展；同时支撑臂的舵机也在开始缓慢旋转，使得机器人重心逐渐降落，最终完成机器人从收缩姿态到伸展姿态的转换；

(3)伸展姿态运动变换成收缩姿态运动具体过程如下：

(31)当位于机器人头部单节外壳的前部传感器判断机器人在伸展姿态的速度，发送给主控模块，主控模块根据当前速度与车轮转速之间的关系做出判断，判断当前地形是否适合车轮形式的运动；如果车轮出现一定程度的打滑，即当前地形不适合车轮的运动，主控模块将下达转换姿态的命令；主控模块下达转换姿态的命令后，发生变化的首先是轮载运动模块，控制车轮在短时间内制动停止，准备进入姿态变换；

(32)原来置于水平状态的支撑臂受舵机驱动旋转一个角度，此时支撑臂一前一后朝着相反的反向划地从而撑起每个单节外壳，使得机器人重心上升至一定的高度，从而给第1、2、3、6、7、8节骨架的收缩提供空间，便于进行姿态变换；

(33)收缩伸展模块接收到相应命令，然后收缩电机启动，使得骨架间缆线长度减少，各个单节外壳之间的连接处相对角度减少，从而拉紧骨架和各个单节外壳，相邻单节外壳发生相对旋转运动，从而卷起各个单节外壳实现收缩，机器人完成从伸展状态转换成收缩形态的变换，等待蹬地运动模块的指令；

(4)收缩姿态运动变为伸展姿态运动具体过程：

(41)机器人终止所有动作，开始利用机械臂调整自身姿态，使8个单节外壳构成的壳体的开口朝下，准备开始进行姿态变换；

(42)机械臂的舵机开始旋转一个角度，使得机械臂与水平地面垂直，准备支持整个机身进行伸展；

(43)收缩伸展模块接收到相应命令，收缩电机反向工作，使得骨架间缆线长度伸长，各个单节外壳之间的连接处相对角度开始增加，从而放松骨架和各个单节外壳，相邻单节外壳发生相对旋转运动从而实现8个单节外壳构成的壳体的伸展；

(44)当各个单节外壳在不断伸展的过程中，机械臂的舵机也在开始缓慢旋转，使得外壳开始逐渐降落，最终机器人完成从伸展状态运动转换成收缩形态运动的变换。

3.根据权利要求1所述的可变形的双姿态仿生鼠妇机器人，其特征在于：

所述8节单节外壳连接在左右侧面高低不同的柱体斜面上，使得球体的圆心与收缩形态的几何中心不重合，收缩和伸展时相邻单节外壳之间相对开合，实现各个单节外壳的嵌套特点。

4.根据权利要求1所述的可变形的双姿态仿生鼠妇机器人，其特征在于：所述8节单节外壳中圆柱面结构上覆盖橡胶蒙皮，降低机器人在收缩形态下滚动的损伤。

5.根据权利要求1所述的可变形的双姿态仿生鼠妇机器人，其特征在于：所述机械臂的底端采用弧形结构，能完成支撑的同时，方便了收缩形态下滚地运动时机械臂蹬。

6.根据权利要求1所述的可变形的双姿态仿生鼠妇机器人，其特征在于：所述仿生鼠妇机器人以展开姿态借用车轮进行行驶，或能变换成收缩姿态借用8个单节外壳构成的壳体及机械臂进行滚动的运动方式。

7.一种可变形的双姿态仿生鼠妇机器人的变形方法，其特征在于，实现步骤如下：

(1)收缩姿态实现如下：主控模块发送转换姿态的控制命令给支撑模块和收缩伸展模块，控制支撑模块启动，在支撑模块舵机的驱动下使得原来处于水平状态的支撑臂旋转一个角度，此时支撑臂一前一后朝着相反的反向划地从而撑起仿生鼠妇，使得机器人重心上升至一定的高度，8个单节外壳构成的壳体被撑起从而给第1、2、3、6、7、8节的骨架的收缩提供了空间，便于进行姿态变换；收缩伸展模块收到来自主控模块的姿态转换指令后，启动收缩电机，使得骨架间缆线长度减少，各个单节外壳之间的连接处相对角度减少，从而拉紧骨架和各个单节外壳，相邻单节外壳发生相对旋转运动，从而卷起每个单节外壳实现收缩姿态；

(2)伸展姿态实现如下：主控模块发送转换姿态的控制命令给支撑模块和收缩伸展模块，支撑模块接收到来自主控模块的姿态转换指令后驱动支撑臂，使8个单节外壳构成的壳体的开口朝下，然后通过舵机驱动使得支撑臂与水平地面垂直，准备支持整个机器人，达到姿态转换的需求，收缩伸展模块在接收到来自主控模块的由收缩姿态转换为伸展姿态的指令后驱动收缩电机反向工作，使得骨架间缆线长度伸长，各个球壳之间的连接处相对角度增加，从而放松骨架和每个单节外壳，相邻单节外壳发生相对旋转运动从而实现8个单节外壳构成的壳体的伸展；同时支撑臂的舵机也在开始缓慢旋转，使得机器人重心逐渐降落，最终完成机器人从收缩姿态到伸展姿态的转换；

(3)伸展姿态运动变换成收缩姿态运动具体过程如下：

(31)当位于机器人头部单节外壳的前部传感器判断机器人在伸展姿态的速度，发送给主控模块，主控模块根据当前速度与车轮转速之间的关系做出判断，判断当前地形是否适合车轮形式的运动；如果车轮出现一定程度的打滑，即当前地形不适合车轮的运动，主控模块将下达转换姿态的命令；主控模块下达转换姿态的命令后，发生变化的首先是轮载运动模块，控制车轮在短时间内制动停止，准备进入姿态变换；

(32)原来置于水平状态的支撑臂受舵机驱动旋转一个角度，此时支撑臂一前一后朝着相反的反向划地从而撑起8个单节外壳构成的壳体，使得8个单节外壳构成的壳体重心上升至一定的高度，从而给第1、2、3、6、7、8节骨架的收缩提供空间，便于进行姿态变换；

(33)收缩伸展模块接收到相应命令，然后收缩电机启动，使得骨架间缆线长度减少，各个单节外壳之间的连接处相对角度减少，从而拉紧骨架和各个单节外壳，相邻单节外壳发生相对旋转运动，从而卷起各个单节外壳实现收缩，机器人完成从伸展状态转换成收缩形态的变换，等待蹬地运动模块的指令；

(4)收缩姿态运动变为伸展姿态运动具体过程：

(41)机器人终止所有动作，开始利用机械臂调整自身姿态，使8个单节外壳构成的壳体的开口朝下，准备开始进行姿态变换；

(42)机械臂的舵机开始旋转一个角度，使得机械臂与水平地面垂直，准备支持整个8个单节外壳构成的壳体进行伸展；

(43)收缩伸展模块接收到相应命令，收缩电机反向工作，使得骨架间缆线长度伸长，各个球壳之间的连接处相对角度开始增加，从而放松骨架和各个单节外壳，相邻外壳发生相对旋转运动从而实现8个单节外壳构成的壳体的伸展；

(44)当各个单节外壳在不断伸展的过程中，机械臂的舵机也在开始缓慢旋转，使得各个单节外壳开始逐渐降落，最终机器人完成从收缩姿态运动转换成伸展姿态运动的变换。

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