CN115520298B - 一种六杆张拉整体机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种六杆张拉整体机器人及其控制方法，其包括三个刚性杆件组和24个弹性索，每个刚性杆件组均包括相互平行的两个圆柱形刚性杆件；24个弹性伸缩装置；每个刚性杆件的两个端点均引出四个弹性索和四个弹性伸缩装置，每个端点对应的四个弹性索和四个弹性伸缩装置均分别与距离其最近的四个端点相连接；所述弹性伸缩装置与所述弹性索一一对应；主控装置，设置于刚性杆件内，并分别与刚性杆件的两个端点对应的两个弹性伸缩装置连接，以驱动弹性伸缩装置伸缩。本发明在通过弹性索进行连接的两个端点之间增加弹性伸缩装置，通过主控装置选取并控制对应的弹性伸缩装置伸缩，即可实现机器人的滚动和跳跃，使得机器人兼具滚动功能和跳跃功能。

Description

一种六杆张拉整体机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种六杆张拉整体机器人。

背景技术

随着移动机器人技术的推进和发展，为了满足在灾害搜救、环境探测以及太空探索等复杂地形环境下日益增长的紧迫任务，移动机器人需要具备更强的地形适应能力、高效运动模式以及自主运动能力。随着移动机器人的小型化趋势，地形环境对机器人运动的限制也越来越大：轮式或履带式救援机器人很难越过尺寸数倍于自身的障碍物，虽然爬行机器人翻越障碍物的能力相对较强，但其结构较复杂，大量的驱动部件使得机构和控制系统都很复杂，从而限制了其实际的应用。而跳跃机器人一般具有结构简单可靠、机动性好、可轻易越过数倍于自身尺寸障碍物的特点，因此跳跃机器人的活动范围更广，环境适应能力更强，更适合应用于环境侦查探测等方面。

为此，张拉整体机器人近年来在机器人领域引起了众多学者的研究兴趣；通过驱动张拉整体结构的杆或绳能够使其按照一定规律运动，并且将张拉整体结构应用在机器人上有众多超越传统机器人人的优势：由于结构内部没有刚性连接，因此也没有杠杆臂来放大力，面对载荷、碰撞时能够根据拓扑结构重新分布力，避免应力集中保证结构不被破坏；结构高冗余度，保证单一构件损坏时，整体结构依然有效，具有良好的容错能力；没有弯曲或剪力允许高效使用材料，使得系统是轻盈且鲁棒的；除此之外，由于其本身是可折叠的，因此还具有节省空间的特性。众多优势使得张拉整体机器人具有重要的研究意义。

然而，目前大部分张拉整体机器人仅能实现滚动运动这一种移动方式，导致机器人克服大尺寸障碍物的能力有限。因此研发兼具滚动功能和弹跳功能的张拉整体机器人可以显著提高机器人的运动能力和环境适应能力，具有较强的必要性。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

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，提供一种六杆张拉整体机器人及其控制方法，旨在实现机器人兼具滚动功能和弹跳功能。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种六杆张拉整体机器人，其包括三个刚性杆件组和24个弹性索，每个刚性杆件组均包括相互平行的两个圆柱形刚性杆件，其还包括：

24个弹性伸缩装置；每个刚性杆件的两个端点均引出四个弹性索和四个弹性伸缩装置，每个端点对应的四个弹性索和四个弹性伸缩装置均分别与距离其最近的四个端点相连接；所述弹性伸缩装置与所述弹性索一一对应；

主控装置，设置于刚性杆件内，并分别与刚性杆件的两个端点对应的两个弹性伸缩装置连接，以驱动弹性伸缩装置伸缩。

所述六杆张拉整体机器人，其特征在于，与刚性杆件的同一个端点相连接、并相对应的弹性索与弹性伸缩装置中，弹性索与刚性杆件连接点在刚性杆件的轴向端面的投影、和弹性伸缩装置与刚性杆件连接点在刚性杆件的轴向端面的投影沿刚性杆件的径向排布。

所述六杆张拉整体机器人，其中，所述弹性伸缩装置包括记忆合金弹簧；所述主控装置包括：

微控制器，设置于刚性杆件内；

两个电子开关，设置于刚性杆件内，并分别朝向刚性杆件的两端排布；两个电子开关分别与刚性杆件两端的弹性伸缩装置对应连接，并均与所述微控制器连接。

所述六杆张拉整体机器人，其中，所述刚性杆件的两端均设置有感应装置，所述感应装置与所述主控装置连接，并用于触地时向所述主控装置发送感应信号。

一种六杆张拉整体机器人的控制方法，其中，所述控制方法包括如下步骤：

主控装置接收操作指令，获取操作指令中携带的运动类型和目标点坐标，并判断机器人当前的触地状态；其中，所述运动类型包括滚动运动、倾斜跳跃运动和垂直跳跃运动；当触地的三个端点分别属于不同的刚性杆件组时，触地状态为TC状态；当触地的任意两个端点属于一个刚性杆件组时，触地状态为TO状态；

当所述运动类型为滚动运动时，根据最短路径原则，从触地三角形的三条边中选取滚动边；

根据所述触地状态，所述滚动边，以及触地状态、滚动边与收缩边之间的对应关系，确定触地三角形的一条边为收缩边；

控制所述收缩边对应的弹性伸缩装置收缩，以执行一个单次滚动运动；

获取机器人的质心坐标，当所述质心坐标与目标点坐标不重合时，控制机器人继续执行若干个单次滚动运动，直至质心坐标与目标点坐标重合。

所述控制方法，其中，所述触地状态、滚动边与收缩边之间的对应关系具体为：

当所述触地状态为TO状态时，滚动边即为收缩边；

当所述触地状态为TC状态时，以触地三角形的三条边中任意一条边为收缩边、另外两条边为备选翻滚边；

从触地的三个刚性杆件中选取同时与所述收缩边、以及任意一个备选翻滚边相交的两个刚性杆件；

确定所述三条边中与所述两个刚性杆件位于地面的投影最近的两条边；其中，所述两条边包括所述收缩边；

所述两条边中除所述收缩边外的边即为与所述收缩边对应的滚动边。

所述控制方法，其还包括步骤：

当所述运动类型为倾斜跳跃运动、且所述触地状态为TC状态时，根据第一预设规则从连接任意两个触地端点的弹性伸缩装置中选取第一驱动边；

从未触地的端点中获取位于中间部位的中间端点，并根据第二预设规则从连接两个中间端点的所有弹性伸缩装置中选取第二驱动边；

控制所述第一驱动边和所述第二驱动边对应的弹性伸缩装置收缩，以执行一个单次倾斜跳跃运动；

获取机器人的质心坐标，当所述质心坐标与目标点坐标不重合时，控制机器人继续执行若干个单次倾斜跳跃运动，直至质心坐标与目标点坐标重合。

所述控制方法，其还包括步骤：

当所述运动类型为倾斜跳跃运动、且所述触地状态为TO状态时，控制机器人执行一个单次滚动运动，以将触地状态调整为TC状态。

所述控制方法，其中，所述第一预设规则为：分别计算连接任意两个触地端点的三个弹性伸缩装置与质心至目标点连线于地面的投影之间的夹角，将最小夹角对应的弹性伸缩装置确定为第一非驱动边，则所述三个弹性伸缩装置中其余弹性伸缩装置为第一驱动边；

所述第二预设规则为：从与任意两个中间端点连接的六个弹性伸缩装置中，选取两端均通过弹性索与所述第一非驱动边的两端连接的弹性伸缩装置为备选非驱动边，并将任意一个端点与第一非驱动边的两个端点属于同一个刚性杆件的备选非驱动边确定为第二非驱动边，则与任意两个中间端点连接的六个弹性伸缩装置中除第二非驱动边外，其余弹性伸缩装置均为第二驱动边。

所述控制方法，其还包括步骤：

当所述运动类型为垂直跳跃运动，且所述触地状态为TC状态时，从未触地的端点中获取位于中间部位的中间端点；

控制连接两个中间端点的所有弹性伸缩装置收缩，以执行一个单次垂直跳跃运动。

有益效果：本发明在通过弹性索进行连接的两个端点之间增加设置弹性伸缩装置，通过所述主控装置选取并控制弹性伸缩装置的伸缩，即可实现机器人的滚动运动和跳跃运动，使得机器人兼具滚动功能和跳跃功能。

附图说明

图1是本发明中所述六杆张拉整体机器人的整体结构示意图；

图2是本发明中所述刚性杆件的内部结构示意图；

图3是本发明中机器人当前触地状态为TC状态，触地三角位为△GHI时的主视图；

图4是本发明中机器人当前触地状态为TC状态，触地三角位为△GHI，且以GI为收缩边、GH为滚动边，执行一个单次滚动运动时的状态示意图；

图5是本发明中机器人当前触地状态为TC状态，触地三角位为△GHI，且以GI为收缩边、GH为滚动边，执行一个单次滚动运动完成时的状态示意图；

图6是本发明中机器人当前触地状态为TC状态，触地三角位为△GHI时的俯视图；

图7是本发明中机器人当前触地状态为TC状态，触地三角位为△GHI，且执行一个单次倾斜跳跃运动时的状态示意图；

图8是本发明中机器人当前触地状态为TC状态，触地三角位为△GHI，且执行一个单次倾斜跳跃运动完成时的状态示意图；

图9是本发明中机器人当前触地状态为TC状态时，中间端点的示意图；

图10是本发明中机器人当前触地状态为TC状态时，机器人执行一个单次垂直跳跃运动时的状态示意图；

图11是本发明中机器人当前触地状态为TC状态时，机器人执行一个单次垂直跳跃运动完成时的状态示意图；

图12是本发明中所述六杆张拉整体机器人的功能原理框图；

图13是本发明中所述六杆张拉整体机器人的控制方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种六杆张拉整体机器人，如图1和图2所示，所述六杆张拉整体机器人包括三个刚性杆件组、24个弹性索2和24个弹性伸缩装置3；其中，每个刚性杆件组均包括相互平行的两个圆柱形刚性杆件1（如图1中所示，刚性杆件1-1和1-2属于同一个刚性杆件组，刚性杆件1-3和1-4属于同一个刚性杆件组，刚性杆件1-5和1-6属于同一个刚性杆件组），任意两个刚性杆件组均相互垂直，使得所述六杆张拉整体机器人形成二十四面体结构，其表面均为三角形；且当机器人放置于地面时，存在三个端点同时触地。

每个刚性杆件1的两个端点均引出四个弹性索2和四个弹性伸缩装置3，每个端点对应的四个弹性索2和四个弹性伸缩装置3均分别与距离其最近的四个端点相连接；所述弹性伸缩装置3与所述弹性索2一一对应；属于同一个刚性杆件组的两个刚性杆件1中，任意两个端点均未通过弹性索2和弹性伸缩装置3连接。每个刚性杆件1内均设置有主控装置4，刚性杆件1的两个端点分别对应的两个弹性伸缩装置3均与所述主控装置4连接，从而在所述主控装置4的控制下，实现弹性伸缩装置3的伸长和收缩动作。

当机器人触地且处于静止状态时，机器人的质心（结构重心）在地面的投影位于触地三角形内。当所述主控装置4从与任意两个触地端点连接的三个弹性伸缩装置3中，选取一个弹性伸缩装置3，并控制该弹性伸缩装置3收缩，则机器人的质心在地面的投影会逐渐移出触地三角形；当该弹性伸缩装置3被收缩到一定程度时，机器人会在重力力矩作用下产生滚动运动。滚动运动完成后，所述主控装置4即可控制该弹性伸缩装置3恢复至原长。

当所述主控装置4从所有弹性伸缩装置3中选取并控制对应的弹性伸缩装置3进行收缩，如，选取两端均与处于中间部位的端点连接的弹性伸缩装置3收缩，由于张拉整体框架本身的结构特点，每个刚性杆件1均在弹性伸缩装置3的作用下获得向上的速度，因此可以使机器人整体实现向上的跳跃运动。跳跃运动完成后，所述主控装置4即可控制收缩的弹性伸缩装置3恢复至原长。

因此，本发明在通过弹性索2进行连接的两个端点之间增加设置弹性伸缩装置3，通过所述主控装置4选取并控制弹性伸缩装置3的伸缩，即可实现机器人的滚动运动和跳跃运动，使得机器人兼具滚动功能和跳跃功能，显著提高了机器人的运动能力、环境适应能力和越障能力。

弹性伸缩装置3的端部延伸至刚性杆件1内，从而与所述主控装置4连接。本发明中一实施例，所述弹性伸缩装置3与所述弹性索2一一对应是指：相对应的弹性伸缩装置3和弹性索2中（即与刚性杆件1的同一个端点相连接、并相对应的弹性索2与弹性伸缩装置3中），将弹性索2与刚性杆件1的连接点在刚性杆件1的轴向端面的投影定义为A，并将弹性伸缩装置3与刚性杆件1的连接点在刚性杆件1的轴向端面的投影定义为B，则A与B沿刚性杆件1的径向排布；当相对应的弹性索2与弹性伸缩装置3均处于自然状态时，弹性索2与弹性伸缩装置3相互重叠。

本发明中一实施例，所述弹性伸缩装置3包括记忆合金弹簧。

如图2所示，所述主控装置4包括微控制器41和两个电子开关42；所述微控制器41和两个电子开关42均设置于刚性杆件1内；两个电子开关42位于所述主控装置4的相反两侧，并分别朝向刚性杆件1的两端排布。两个电子开关42分别与刚性杆件1两端的弹性伸缩装置3一一对应连接，且两个电子开关42均与所述微控制器41连接。具体的，电子开关42与对应的记忆合金弹簧连接。

当电子开关42开启时，与电子开关42连接的记忆合金弹簧温度升高，并迅速收缩。当电子开关42关闭时，收缩的记忆合金弹簧温度下降；当其温度下降至相变温度以下时，记忆合金弹簧的长度恢复至原长。

本发明中一实施例，当需要驱动弹性伸缩装置3收缩时，所述主控装置4从连接弹性伸缩装置3两端的两个电子开关42中任意选择一个，并控制其开启，从而控制弹性伸缩装置3收缩。

如图2所示，所述刚性杆件1的两端均设置有感应装置5，如图12所示，所述感应装置5与所述主控装置4连接，并用于触地时向所述主控装置4发送感应信号。具体的，所述感应装置5设置于所述刚性杆件1的端部，以使得所述刚性杆件1触地时，触地端对应的感应装置5必然触地，从而向所述主控装置4发送感应信号，所述主控装置4即可判断机器人当前触地的端点。

本发明中一实施例，所述感应装置5包括薄膜压力传感器。

每个刚性杆件1内还设置有电源6，所述电源6与所述微控制器41连接，从而为所述微控制器41供电。

基于以上所述的六杆张拉整体机器人，本发明还提供一种六杆张拉整体机器人的控制方法，如图13所示，所述控制方法包括如下步骤：

S100、主控装置接收操作指令，获取操作指令中携带的运动类型和目标点坐标，并判断机器人当前的触地状态；

本发明还提供一指令输入端口，所述指令输入端口与所述主控装置4连接，从而接收用户输入的操作指令，并将操作指令发送至所述主控装置4。所述主控装置4接收操作指令后，获取操作指令中携带的运动类型和目标点坐标，并判断机器人当前的触地状态；其中，所述运动类型包括滚动运动、倾斜跳跃运动和垂直跳跃运动；所述目标点坐标为包括X轴坐标、Y轴坐标和Z轴坐标的三维坐标；机器人的触地状态包括TC状态（如图3所示）和TO状态（如图5所示），当触地的三个端点分别属于不同的刚性杆件组时，触地状态为TC状态；当触地的三个端点中，存在任意两个端点属于一个刚性杆件组时，触地状态为TO状态。

本发明采用现有的运动捕捉系统来获取每个杆件本体的两个端点的坐标（三维坐标）；具体的，所述主控装置4与运动捕捉系统无线连接，并在每个杆件本体的两端粘贴标记贴，所述标记贴用于起标识作用，以利于运动捕捉系统捕获杆件本体的端点位置，从而在运动捕捉系统的环境下，机器人通过与运动捕捉系统通信，从而获得每个杆件本体的端点的坐标，并可根据每个杆件本体的端点的坐标计算得出机器人的质心坐标。

S200、当所述运动类型为滚动运动时，根据最短路径原则，从触地三角形的三条边中选取滚动边；

具体的，当所述运动类型为滚动运动时，所述主控装置4根据最短路径原则，从触地三角形的三条边中选取一条边作为滚动边。由于机器人触地面为三角形，具有三条边，因此机器人滚动时可以朝向三条边中任意一条边的方向滚动，而最短路径是指机器人朝向三条边中任意一条边的方向滚动后，其质心与目标点之间的距离最小。

所述根据最短路径原则，从触地三角形的三条边中选取滚动边具体包括：

分别以触地三角形的三条边为备选滚动边，计算机器人执行一个单次滚动运动完成后的质心坐标，以获取三个质心坐标；

具体的，如图3所示，机器人触地三角形为△GHI，则分别计算：机器人以GI边为备选滚动边滚动后的质心坐标、机器人以GH边为备选滚动边滚动后的质心坐标、以及机器人以HI边为备选滚动边滚动后的质心坐标，从而获得三个质心坐标。

分别计算并比较所述三个质心坐标与目标点坐标之间的距离，选取距离目标点最短的质心坐标对应的备选滚动边为滚动边。

S300、根据所述触地状态，所述滚动边，以及触地状态、滚动边与收缩边之间的对应关系，确定触地三角形的一条边为收缩边；

本发明中，无论机器人的触地状态为TC状态还是TO状态，机器人均可执行滚动运动，其区别在于当触地状态不同时，确定的收缩边不同，即控制收缩的弹性伸缩装置3不同。具体的，通过以上步骤获取所述触地状态、以及所述滚动边后，根据所述触地状态，所述滚动边，以及触地状态、滚动边与收缩边之间的对应关系，来驱动与所述触地状态和所述滚动边对应的收缩边收缩。其中，所述收缩边属于触地三角形的三条边之一。

本发明中一实施例，所述触地状态、滚动边与收缩边之间的对应关系具体为：

当所述触地状态为TO状态时，滚动边即为收缩边；即，当所述触地状态为TO 状态时，控制所述滚动边对应的弹性伸缩装置3收缩，从而驱动机器人执行一个单次滚动运动，并在一个单次滚动运动完成后，控制所述滚动边对应的弹性伸缩装置3恢复至原长。具体的，当所述触地状态为TO 状态时，所述主控装置4控制与所述滚动边对应的记忆合金弹簧的任意一端连接的电子开关42开启，该记忆合金弹簧收缩，以执行一个单次滚动运动；一个单次滚动运动完成后，控制该电子开关42关闭，则该记忆合金弹簧恢复至原长。

当所述触地状态为TC状态时，以触地三角形的三条边中任意一条边为收缩边、另外两条边为备选翻滚边；从触地的三个刚性杆件1中选取同时与所述收缩边、以及任意一个备选翻滚边相交的两个刚性杆件1；确定所述三条边中与所述两个刚性杆件1位于地面的投影最近的两条边；其中，所述两条边包括所述收缩边，则所述两条边中除所述收缩边外的边即为与所述收缩边对应的滚动边。同理，再以触地三角形的三条边中另外两条边分别为收缩边，确定对应的滚动边，从而建立TC状态下滚动边与收缩边之间的对应关系，如此一来，在触地状态和滚动边已知的前提下，即可获知收缩边。

如图4所示，当触地状态为TC状态，收缩边为GI时，滚动边为GH；则当根据所述最短路径原则，确定触地三角形△GHI中GH为滚动边时，根据触地状态、滚动边与收缩边之间的对应关系，可以确定GI为收缩边，机器人控制连接G端点和I端点的弹性伸缩装置3收缩，即可执行一个单次滚动运动。

S400、控制所述收缩边对应的弹性伸缩装置收缩，以执行一个单次滚动运动；

具体的，获取与所述收缩边的两个端点连接的记忆合金弹簧，并控制该记忆合金弹簧的两端中任意一端连接的电子开关42开启，则该记忆合金弹簧收缩，从而控制机器人执行一个单次滚动运动。

S500、获取机器人的质心坐标，当所述质心坐标与目标点坐标不重合时，控制机器人继续执行若干个单次滚动运动，直至质心坐标与目标点坐标重合。

机器人执行一个单次滚动运动完成后，再次存在三个端点同时触地，并保持静止状态，则控制电子开关42关闭，该记忆合金弹簧恢复至原长。获取机器人的质心坐标，并判断所述质心坐标与目标点坐标是否重合；若不重合，则重新获取机器人的触地状态和滚动边，根据触地状态、滚动边与收缩边之间的对应关系，获取收缩边，并控制收缩边对应的弹性伸缩装置3收缩，从而控制机器人执行第二个单次滚动运动；且在第二个单次滚动运动执行完成后，重新计算机器人的质心坐标是否与目标点坐标重合......依照上述步骤重复执行，使机器人执行若干个单次滚动运动，直至质心坐标与目标线坐标重合，机器人达到目标点，停止执行滚动运动。

所述控制方法还包括步骤：

当所述运动类型为倾斜跳跃运动、且所述触地状态为TC状态时，根据第一预设规则从连接任意两个触地端点的弹性伸缩装置中选取第一驱动边；

具体的，本发明中机器人只有当触地状态为TC状态时，才可直接执行倾斜跳跃运动。当所述运动类型为倾斜跳跃运动、且所述触地状态为TC状态时，根据第一预设规则选取一个弹性伸缩装置3作为第一驱动边；所述第一驱动边属于连接任意两个触地端点的三个弹性伸缩装置3中的一个。

所述第一预设规则为：针对连接任意两个触地端点的三个弹性伸缩装置，计算所述三个弹性伸缩装置中每一个弹性伸缩装置3与质心至目标点的连线位于地面的投影之间的夹角，从而获得三个夹角；比较所述三个夹角，并将所述三个夹角中最小夹角对应的弹性伸缩装置确定为第一非驱动边（非驱动边即为保持原长、不进行收缩的弹性伸缩装置），则所述三个弹性伸缩装置中其余两个弹性伸缩装置为第一驱动边。

如图3和图6所示，根据所述第一预设规则，针对连接任意两个触地端点的三个弹性伸缩装置GI、GH和HI，分别计算GI与质心至目标点的连线位于地面的投影之间的夹角、GH与质心至目标点的连线位于地面的投影之间的夹角、以及HI与质心至目标点的连线位于地面的投影之间的夹角；比较三个夹角，并将三个夹角中最小夹角对应的弹性伸缩装置3确定为第一非驱动边；以GI为第一非驱动边为例，则GH和HI均为第一驱动边。

从未触地的端点中获取位于中间部位的中间端点，并根据第二预设规则从连接两个中间端点的所有弹性伸缩装置中选取第二驱动边；

所述从未触地的端点中获取位于中间部位的中间端点具体为：

将触地刚性杆件的六个端点中，除触地的三个端点以外的其余三个端点确定为第一中间端点；

将未触地三个刚性杆件的六个端点中，与任意两个所述第一中间端点之间通过弹性索连接的端点确定为第二中间端点；

所有第一中间端点和第二中间端点共同构成所述中间端点。因此，所述中间端点为六个，且连接任意两个中间端点的弹性伸缩装置也为六个。

如图3和图6所示，触地刚性杆件1的六个端点中，除触地的三个端点G、H、I外，其余三个端点C、E、A为第一中间端点；未触地的三个刚性杆件1的六个端点中，与任意两个所述第一中间端点之间通过弹性索2连接的端点为B、F、D，端点B、F、D为第二中间端点；则六个端点C、E、A、B、F、D为中间端点。

所述第二预设规则为：从与任意两个中间端点连接的六个弹性伸缩装置中，选取两端均通过弹性索与所述第一非驱动边的两端连接的弹性伸缩装置为备选非驱动边，并将任意一个端点与第一非驱动边的两个端点属于同一个刚性杆件的备选非驱动边确定为第二非驱动边，则与任意两个中间端点连接的六个弹性伸缩装置中除第二非驱动边外，其余五个弹性伸缩装置均为第二驱动边。

如图6（图6中虚线所在边为无需控制收缩的非驱动边，箭头所在边为需要控制收缩的驱动边）和图7（图7中箭头所在边为需要控制收缩的驱动边）所示，根据所述第二预设规则，与任意两个中间端点连接的六个弹性伸缩装置3分别为AB、BC、CD、DE、EF和AF；所述六个弹性伸缩装置中两端均通过弹性索2与所述第一非驱动边GI的两个端点G和I连接的弹性伸缩装置AB和EF即为备选非驱动边；AB和EF中，AB的端点A与所述第一非驱动边GI的端点I属于同一个刚性杆件1，因此AB为第二非驱动边，BC、CD、DE、EF和AF为第二驱动边。

获取第一驱动边（两个）和第二驱动边（五个）后，控制所述第一驱动边和所述第二驱动边对应的弹性伸缩装置收缩（如图7所示），以执行一个单次倾斜跳跃运动；

由于六杆张拉整体框架本身的结构特点，在上述的记忆合金弹簧作用方式下机器人整体获得向斜上方的跳跃速度，因此可以使机器人整体实现倾斜跳跃运动。机器人在水平面上的跳跃方向为沿着六杆张拉整体结构底部第一非驱动边的方向（如图6中的GI方向）。

获取机器人的质心坐标，当所述质心坐标与目标点坐标不重合时，控制机器人继续执行若干个单次倾斜跳跃运动，直至质心坐标与目标点坐标重合。

具体的，一个单次倾斜跳跃运动执行完成（如图8所示）后，控制所述第一驱动边和所述第二驱动边对应的弹性伸缩装置3恢复原长，并获取机器人的质心坐标；判断所述质心坐标与目标点坐标是否重合，若不重合，则继续判断机器人的触地状态，并在触地状态为TC状态时，重新获取第一驱动边和第二驱动边，从而控制机器人执行第二个单次倾斜跳跃运动；且在第二个单次倾斜跳跃运动执行完成后，重新计算机器人的质心坐标是否与目标点坐标重合......依照上述步骤重复执行，使机器人执行若干个单次倾斜跳跃运动，直至质心坐标与目标线坐标重合，机器人达到目标点，停止执行倾斜跳跃运动。

本发明中，机器人执行一个单次倾斜跳跃运动后，触地端点发生变化（如图3和图8所示），因此，机器人在执行一个单次倾斜跳跃运动前后，触地状态可能存在变化。由于六杆球形张拉整体结构的特点，通过收缩所述弹性伸缩装置3执行滚动运动的方式，无法使机器人产生由TO状态过渡到TO状态的重力距，因此，当机器人当前触地状态为TO状态时，其执行一个单次滚动运动后，触地状态必然转变为TC状态。基于此，所述控制方法还包括步骤：

当所述运动类型为倾斜跳跃运动、且所述触地状态为TO状态时，控制机器人根据所述最短路径原则选取滚动边，并根据触地状态、滚动边与收缩边之间的对应关系，确定收缩边，从而控制所述收缩边对应的弹性伸缩装置收缩，使得机器人执行一个单次滚动运动，从而将触地状态调整为TC状态，并在TC状态下，执行一个单次倾斜跳跃运动。

所述控制方法还包括步骤：

当所述运动类型为垂直跳跃运动，且所述触地状态为TC状态时，从未触地的端点中获取位于中间部位的中间端点；

具体的，如图9-图11所示，当所述运动类型为垂直跳跃运动，且所述触地状态为TC状态时，将触地刚性杆件1的六个端点中，除触地的三个端点以外的其余三个端点A、C、E确定为第一中间端点；将未触地三个刚性杆件1的六个端点中，与任意两个所述第一中间端点之间通过弹性索2连接的端点B、D、F确定为第二中间端点；所有第一中间端点和第二中间端点共同构成所述中间端点。所述第一中间端点为三个，所述第二中间端点为三个，所述中间端点为六个。

控制连接两个中间端点的所有弹性伸缩装置收缩，以执行一个单次垂直跳跃运动。

具体的，连接任意两个中间端点的弹性伸缩装置为六个：AB、BC、CD、DE、EF和AF，控制该六个弹性伸缩装置均收缩，如图10所示，从而控制机器人执行一个单次垂直跳跃运动。一个单次垂直跳跃运动执行完成（如图11所示）后，控制该六个弹性伸缩装置恢复至原长。

垂直跳跃运动与倾斜跳跃运动的不同点在于，垂直跳跃运动后触地的端点不发生变化（如图9和图11所示）。

当所述运动类型为垂直跳跃运动，且所述触地状态为TO状态时，控制机器人执行一个单次滚动运动，以将触地状态调整为TC状态，后按照上述步骤选取中间端点，并控制连接两个中间端点的所有弹性伸缩装置3收缩，以执行一个单次垂直跳跃运动。

需要说明的是，无论机器人执行何种运动，当存在多个记忆合金弹簧均需要收缩时，对于每一个记忆合金弹簧，所述主控装置4控制与其任意一端连接的电子开关开启，且多个记忆合金弹簧获得的电流参数相同，以使得多个记忆合金弹簧的收缩长度相同。本发明中一实施例，所述电流参数包括电压。

本发明中一实施例，所述六杆张拉整体机器人还可以包括存储器（memory）、通信接口（Communications Interface）和总线；其中，所述微处理器51、存储器和通信接口可以通过总线完成相互间的通信，通信接口可以传输信息，所述微处理器51可以调用存储器中的逻辑指令，以执行上述任意一项控制方法。

综上所述，本发明提供了一种六杆张拉整体机器人，本发明在通过弹性索进行连接的两个端点之间增加设置弹性伸缩装置，通过所述主控装置选取并控制弹性伸缩装置的伸缩，即可实现机器人的滚动运动和跳跃运动，使得机器人兼具滚动功能和跳跃功能，显著提高了机器人的运动能力和环境适应能力。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种六杆张拉整体机器人的控制方法，其特征在于，所述六杆张拉整体机器人包括：

三个刚性杆件组和24个弹性索，每个刚性杆件组均包括相互平行的两个圆柱形刚性杆件；

24个弹性伸缩装置；每个刚性杆件的两个端点均引出四个弹性索和四个弹性伸缩装置，每个端点对应的四个弹性索和四个弹性伸缩装置均分别与距离其最近的四个端点相连接；所述弹性伸缩装置与所述弹性索一一对应；

主控装置，设置于刚性杆件内，并分别与刚性杆件的两个端点对应的两个弹性伸缩装置连接，以驱动弹性伸缩装置伸缩；当所述六杆张拉整体机器人放置于地面时，存在三个端点同时触地；

所述控制方法包括如下步骤：

主控装置接收操作指令，获取操作指令中携带的运动类型和目标点坐标，并判断机器人当前的触地状态；其中，所述运动类型包括滚动运动、倾斜跳跃运动和垂直跳跃运动；当触地的三个端点分别属于不同的刚性杆件组时，触地状态为TC状态；当触地的任意两个端点属于一个刚性杆件组时，触地状态为TO状态；

当所述运动类型为滚动运动时，根据最短路径原则，从触地三角形的三条边中选取滚动边；

根据所述触地状态，所述滚动边，以及触地状态、滚动边与收缩边之间的对应关系，确定触地三角形的一条边为收缩边；

控制所述收缩边对应的弹性伸缩装置收缩，以执行一个单次滚动运动；

获取机器人的质心坐标，当所述质心坐标与目标点坐标不重合时，控制机器人继续执行若干个单次滚动运动，直至质心坐标与目标点坐标重合。

2.根据权利要求1所述控制方法，其特征在于，所述触地状态、滚动边与收缩边之间的对应关系具体为：

当所述触地状态为TO状态时，滚动边即为收缩边；

当所述触地状态为TC状态时，以触地三角形的三条边中任意一条边为收缩边、另外两条边为备选翻滚边；

从触地的三个刚性杆件中选取同时与所述收缩边、以及任意一个备选翻滚边相交的两个刚性杆件；

确定所述三条边中与所述两个刚性杆件位于地面的投影最近的两条边；其中，所述两条边包括所述收缩边；

所述两条边中除所述收缩边外的边即为与所述收缩边对应的滚动边。

3.根据权利要求2所述控制方法，其特征在于，其还包括步骤：

当所述运动类型为倾斜跳跃运动、且所述触地状态为TC状态时，根据第一预设规则从连接任意两个触地端点的弹性伸缩装置中选取第一驱动边；

从未触地的端点中获取位于中间部位的中间端点，并根据第二预设规则从连接两个中间端点的所有弹性伸缩装置中选取第二驱动边；

控制所述第一驱动边和所述第二驱动边对应的弹性伸缩装置收缩，以执行一个单次倾斜跳跃运动；

获取机器人的质心坐标，当所述质心坐标与目标点坐标不重合时，控制机器人继续执行若干个单次倾斜跳跃运动，直至质心坐标与目标点坐标重合。

4.根据权利要求3所述控制方法，其特征在于，其还包括步骤：

当所述运动类型为倾斜跳跃运动、且所述触地状态为TO状态时，控制机器人执行一个单次滚动运动，以将触地状态调整为TC状态。

5.根据权利要求3所述控制方法，其特征在于，所述第一预设规则为：分别计算连接任意两个触地端点的三个弹性伸缩装置与质心至目标点连线于地面的投影之间的夹角，将最小夹角对应的弹性伸缩装置确定为第一非驱动边，则所述三个弹性伸缩装置中其余弹性伸缩装置为第一驱动边；

所述第二预设规则为：从与任意两个中间端点连接的六个弹性伸缩装置中，选取两端均通过弹性索与所述第一非驱动边的两端连接的弹性伸缩装置为备选非驱动边，并将任意一个端点与第一非驱动边的两个端点属于同一个刚性杆件的备选非驱动边确定为第二非驱动边，则与任意两个中间端点连接的六个弹性伸缩装置中除第二非驱动边外，其余弹性伸缩装置均为第二驱动边。

6.根据权利要求1所述控制方法，其特征在于，其还包括步骤：

当所述运动类型为垂直跳跃运动，且所述触地状态为TC状态时，从未触地的端点中获取位于中间部位的中间端点；

控制连接两个中间端点的所有弹性伸缩装置收缩，以执行一个单次垂直跳跃运动。

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