CN116374041A - 一种陆空多模态四足仿生机器人及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种陆空多模态四足仿生机器人及控制方法，所述机器人包括：支架；二舵机关节，设置在支架的边缘处；数据采集机构，设置在支架上，用于采集图像数据和运动数据；控制机构，设置在支架上且与数据采集机构通信连接，用于根据图像数据和运动数据控制陆空多模态四足仿生机器人进行陆地移动和飞行移动；机械足，设置在二舵机关节上，机械足用于当处于陆地模式时，在控制机构的控制下进行陆地移动；旋翼，设置在二舵机关节上，旋翼用于当处于飞行模式时，在控制机构的控制下进行飞行移动。本发明通过二舵机关节连接旋翼和机械足，机械足和旋翼提升了机器人适应崎岖地形地面的能力，并通过控制机构使机器人有自主决策和感知能力。

Description

一种陆空多模态四足仿生机器人及控制方法

技术领域

本申请涉及机器人技术领域，尤其涉及的是一种陆空多模态四足仿生机器人及控制方法。

背景技术

目前特种机器人被广泛应用于灾难救援、洞穴勘测等任务中，但是面对涉及崎岖地形、狭小空间、大型障碍等多种复合环境，单一运动模态的特种机器人不能在如此复杂的环境中进行作业。目前的多模态机器人兼具空中飞行与陆地行驶能力，但目前的多模态机器人以轮式多模态机器人为主，存在在崎岖地形地面行走能力不足的缺点。

因此，现有技术存在缺陷，有待改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本申请的目的在于提供一种陆空多模态四足仿生机器人及控制方法，旨在解决现技术中多模态机器人在崎岖地形地面行走能力不足的问题。

本申请解决技术问题所采用的一技术方案如下：一种陆空多模态四足仿生机器人，其包括：

支架；

二舵机关节，设置在所述支架的边缘处；

数据采集机构，设置在所述支架上，所述数据采集机构用于采集图像数据和运动数据；

控制机构，设置在所述支架上且与所述数据采集机构通信连接，所述控制机构用于根据所述图像数据和所述运动数据控制所述陆空多模态四足仿生机器人进行陆地移动和飞行移动；

机械足，设置在所述二舵机关节上，所述机械足用于当处于陆地模式时，在所述控制机构的控制下进行陆地移动；

以及旋翼，设置在所述二舵机关节上，所述旋翼用于当处于飞行模式时，在所述控制机构的控制下进行飞行移动。

可选的，所述支架包括平行设置的上板和下板；

所述陆空多模态四足仿生机器人还包括：

第一数字舵机，设置于所述上板上，所述第一数字舵机用于带动所述二舵机关节水平转动；

第二数字舵机，设置于所述二舵机关节上，所述机械足与所述第二数字舵机相连接，所述第二数字舵机用于带动所述机械足竖直运动；

旋翼电机，设置于所述二舵机关节上，所述旋翼与所述旋翼电机的输出轴相连接。

可选的，所述二舵机关节包括：

舵机关节本体；

舵盘，与所述第一数字舵机的输出轴相连接；

第一连接部，由所述舵机关节本体向所述上板延伸而成，所述第一连接部与所述舵盘相连接；

第二连接部，由所述舵机关节本体向所述下板延伸而成，所述第二连接部与所述下板转动连接；

以及旋翼安装部，由所述舵机关节本体向背离所述上板的一侧延伸而成，所述旋翼电机设置在所述旋翼安装部上。

可选的，所述舵机关节本体上开设有电机容纳腔，所述第二数字舵机设置在所述电机容纳槽中；

所述陆空多模态四足仿生机器人还包括：

第一连杆，所述第一连杆的一端与所述第二数字舵机的输出轴相连接，所述第一连杆的另一端与所述机械足转动连接；

第二连杆，所述第二连杆的一端与所述舵机关节本体转动连接，所述第二连杆的另一端与所述机械足转动连接。

可选的，所述数据采集机构包括：

深度相机，设置于所述上板，所述深度相机用于采集图像数据，并根据所述图像数据提取图像特征；

IMU传感器，设置于所述支架上，所述IMU传感器用于采集运动数据。

可选的，所述控制机构包括：

板载计算机，设置于所述上板，所述板载计算机用于根据所述图像特征和所述运动数据，利用VINS-FUSION算法得到定位信息，以及，当接收到输入的目标位置时，利用EGO-PLANNER算法得到路径规划信息；

飞行控制板，与所述板载计算机通信连接，所述飞行控制板用于根据所述定位信息和所述路径规划信息控制所述陆空多模态四足仿生机器人进行陆地移动和飞行移动。

可选的，所述二舵机关节、机械足、旋翼、第一数字舵机、第二数字舵机及旋翼电机均设置有四个。

本发明实施例还提供一种陆空多模态四足仿生机器人实现的控制方法，所述方法包括：

数据采集机构采集图像数据和运动数据，并将所述图像数据和所述运动数据发送至控制机构中的板载计算机；

板载计算机根据所述图像数据和所述运动数据计算定位信息；

当接收到输入的目标位置时，所述板载计算机根据所述目标位置、所述定位信息和所述图像数据得到路径规划信息，并将所述路径规划信息发送至所述控制机构中的飞行控制板；

所述飞行控制板根据所述定位信息和所述路径规划信息控制所述陆空多模态四足仿生机器人进行陆地移动和飞行移动。

在一种实施方式中，所述方法还包括：

预先在所述板载计算机中存储场景指令与姿态动作的对应关系；

当所述板载计算机检测到目标场景指令时，查询所述对应关系，得到与所述目标场景指令相对应的目标姿态动作；

所述飞行控制板按照所述目标姿态动作控制二舵机关节、机械足及旋翼的当前姿态。

在一种实施方式中，所述控制方法还包括：

若板载计算机根据所述图像数据判定当前场景为狭窄场景，则生成目标狭窄场景指令；

根据所述目标狭窄场景指令查找所述对应关系，得到与所述目标场景指令相对应的目标姿态动作；

所述飞行控制板按照所述目标姿态动作将二舵机关节、机械足及旋翼的当前姿态调整为O形或H形。

本发明涉及一种陆空多模态四足仿生机器人及控制方法，所述机器人包括：支架；二舵机关节，设置在支架的边缘处；数据采集机构，设置在支架上，数据采集机构用于采集图像数据和运动数据；控制机构，设置在支架上且与数据采集机构通信连接，控制机构用于根据图像数据和运动数据控制陆空多模态四足仿生机器人进行陆地移动和飞行移动；机械足，设置在二舵机关节上，机械足用于当处于陆地模式时，在控制机构的控制下进行陆地移动；以及旋翼，设置在二舵机关节上，旋翼用于当处于飞行模式时，在控制机构的控制下进行飞行移动。本发明通过二舵机关节连接旋翼和机械足，机械足和旋翼提升了机器人适应崎岖地形地面的能力，并通过控制机构使机器人有自主决策和感知能力，使其体积和负载减小，在复杂环境中鲁棒性更强。

附图说明

图1是本申请中提供的陆空多模态四足仿生机器人的立体结构示意图；

图2是本申请中提供的陆空多模态四足仿生机器人的二舵机关节示意图；

图3是本申请中提供的传统的基于ESDF的规划器示意图；

图4是本申请中提供的基于VINS-FUSION的多传感融合VIO-SLAM系统示意图；

图5是本申请中提供的陆空多模态四足仿生机器人的硬件架构图；

图6是本申请中提供的陆空多模态四足仿生机器人的O形形态示意图；

图7是本申请中提供的陆空多模态四足仿生机器人的H形形态示意图；

附图标记说明：

1、支架；2、二舵机关节；3、控制机构；4、机械足；5、旋翼；11、上板；12、下板；13、第一数字舵机；14、第二数字舵机；15、旋翼电机；21、舵机关节本体；22、舵盘；23、第一连接部；24、第二连接部；25、旋翼安装部；31、板载计算机；32、飞行控制板；41、电机容纳腔；42、第一连杆；43、第二连杆。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“若干”和“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

目前单一运动模态的特种机器人不能在如崎岖地形、狭小空间、大型障碍等复杂环境中进行作业，所以设计出一种可以根据实际的环境状况来灵活的选择运动模式，兼具空中飞行与陆地行驶能力、具备自主进形勘测的多模态机器人是当前研究的重要课题。然而目前多模态机器人以轮式多模态机器人为主，存在在崎岖地形地面形式能力不足的缺点、普遍体积较大、设计冗余增加飞行时的负载、缺乏自主决策与智能感知的能力等缺点。

为了解决现有技术的问题，本发明将传统固定四旋翼无人机与仿生四足机器人的特点相结合，设计了一款能够同时实现飞行和地面行走两种模式的新型陆空多模态四足仿生机器人，解决了传统单域机器人无法兼容更多的应用环境的问题，项目采用仿生四足结构，使原本的四旋翼无人机能够在陆地模式下具备行走在崎岖地形的能力；采用VINS-FUSION算法并使用双目相机，实现精准、实时自定位。使用了EGO-PLANNER算法，在有障碍的环境中，规划出一条从起始点到目标点的无碰撞路径。在程序上，机器人使用动作组定义各动作。在结构上，使用动作组简化了机器人模型。构建了基于VINS-FUSION多传感融合的VIO-SLAM系统，应用了EGO-PLANNER的局部路径规划器，使原本的四旋翼无人机能够在陆地模式下具备行走在崎岖地形的能力和智能感知与智能决策的能力。将机器人智能感知技术应用于陆空多模态四足仿生机器人中，使该陆空多模态四足仿生机器人具备了实时精准自定位的能力；将无人机智能决策应用于陆空多模态四足仿生机器人中，使该陆空多模态四足仿生机器人能够精准躲避障碍物、规划出光滑的飞行轨迹，从而具备自主决策飞行的能力；设计了八个数字舵机控制的八自由度四足机械腿，使多模态无人机在地面能够实现四足行走，同时在飞行模式下通过舵机调整机械腿角度使其充当起落架的作用；将支架使用碳纤维材料制造，减轻飞行的负载；在遇到狭隘口时折叠机臂，使陆空多模态四足仿生机器人从X形变为成O形或H形，节约机器人体积。

请结合参阅图1，本申请的第一实施例中提供了一种陆空多模态四足仿生机器人，其包括：支架1、二舵机关节2、数据采集机构(未图示)、控制机构3、机械足4和旋翼5；所述支架1采用碳纤维材料制造，可减轻机器人重量；所述二舵机关节2设置在所述支架1的边缘处；所述数据采集机构设置在所述支架1上，所述数据采集机构用于采集图像数据和运动数据；所述控制机构3设置在所述支架1上且与所述数据采集机构通信连接，所述控制机构用于根据所述图像数据和所述运动数据控制所述陆空多模态四足仿生机器人进行陆地移动和飞行移动；所述机械足4设置在所述二舵机关节2上，所述机械足4用于当处于陆地模式时，在所述控制机构3的控制下进行陆地移动，可满足多模态机器人在复杂地面爬行的需求；所述旋翼5设置在所述二舵机关节2上，所述旋翼5用于当处于飞行模式时，在所述控制机构3的控制下进行飞行移动。所述机械足4位于所述旋翼5下方，且均通过所述二舵机关节2连接于所述支架1上。所述机械足4的存在使得机器人具备跨越存在一定高低差的地形、跨过障碍物以及在斜面上行走的能力，且可使陆空多模态四足仿生机器人在不平整的陆面协调运动，以适应户外崎岖不平的地理情况。

请进一步结合参阅图1，在一些实施方式中，所述支架1包括平行设置的上板11和下板12，所述上板11和下板12均为碳板，可有效减轻机器人重量；所述陆空多模态四足仿生机器人还包括：第一数字舵机13，设置于所述上板11上，所述第一数字舵机13用于带动所述二舵机关节2水平转动；第二数字舵机14，设置于所述二舵机关节2上；所述机械足4与所述第二数字舵机14相连接，所述第二数字舵机14用于带动所述机械足4竖直运动；旋翼电机15，设置于所述二舵机关节2上，所述旋翼5与所述旋翼电机15的输出轴相连接。本发明通过二舵机关节承载第一数字舵机、第二数字舵和旋翼电机，节约空间和成本，方便后续对机械足和旋翼的协同管理。同时，当处于飞行模式下，第一数字舵机和第二数字舵机调整机械腿角度使其充当起落架的作用，与轮式多模态机器人相比减少了负载，提高了多模态机器人在复杂环境中的鲁棒性。

请进一步结合参阅图1-图2，在一些实施方式中，所述二舵机关节2包括：舵机关节本体21；所述舵机关节本体为镂空结构，可有效减轻机器人重量；舵盘22，与所述第一数字舵机13的输出轴相连接；第一连接部23，由所述舵机关节本体向所述上板延伸而成，所述第一连接部23与所述舵盘22相连接；第二连接部24，由所述舵机关节本体21向所述下板12延伸而成，所述第二连接部24与所述下板12转动连接；以及旋翼安装部25，由所述舵机关节本体21向背离所述上板11的一侧延伸而成，位于所述二舵机关节2顶部，所述旋翼电机15设置在所述旋翼安装部25上。由于所述舵盘22与所述第一数字舵机13的输出轴相连接，且所述第二连接部24与所述下板12转动连接，故可通过第一数字舵机13控制二舵机关节2水平转动。本发明实现了使用一个二舵机关节连接旋翼、机器足和支架的目的，方便旋翼和机器足在接收指令后做出方向相同的动作。所述二舵机关节为特殊非标零件，有效实现机器人陆空多模态同时具备陆地行走与空中飞行的能力。

请进一步结合参阅图1-图2，在一些实施方式中，所述舵机关节本体21上开设有电机容纳腔41，所述第二数字舵机14设置在所述电机容纳腔41中，所述电机容纳腔41位于所述二舵机关节2末端；所述陆空多模态四足仿生机器人还包括：第一连杆42，所述第一连杆42的一端与所述第二数字舵机14的输出轴相连接，所述第一连杆42的另一端与所述机械足4转动连接，方便控制机械足端竖直运动；第二连杆43，所述第二连杆43的一端与所述舵机关节本体21转动连接，所述第二连杆43的另一端与所述机械足4转动连接，方便控制机械足结构水平运动。其中，所述第二连杆43位于所述第一连杆42的上方，所述第二连杆43的转动连接方式具体为：所述舵机关节本体21底部带有圆形凸起，所述支架下板12具有圆孔，用于放置滚动轴承，所述舵机关节本体21底部的圆形凸起与所述支架下板12轴承拼接。本发明使用第一连杆和第二连杆作为传动机构，采用连杆机构带动机械足抬起与放下，可满足多模态机器人在复杂地面爬行的需求。

在一些实施方式中，所述数据采集机构包括：深度相机，设置于所述上板11，所述深度相机用于采集图像数据，并根据所述图像数据提取图像特征；IMU传感器，设置于所述支架1上，所述IMU传感器用于采集运动数据。

在一种实施例中，所述深度相机为双目相机；双目相机具备了提取障碍物深度信息的能力，可扫描周围环境，使得机器人具备建图、定位、躲避障碍物和自主避险的能力；IMU可以通过加速度计和陀螺仪直接测得载体的运动速度数据信息，为载体运动提供必要约束，与视觉传感器互补，提高了移动机器人定位导航的精度与鲁棒性。

请进一步结合参阅图1，在一些实施方式中，所述控制机构3包括：板载计算机31，设置于所述上板11，所述板载计算机用于根据所述图像特征和所述运动数据，利用VINS-FUSION算法得到定位信息，以及，当接收到输入的目标位置时，利用EGO-PLANNER算法得到路径规划信息；飞行控制板32，与所述板载计算机通信连接，所述飞行控制板用于根据所述定位信息和所述路径规划信息控制所述陆空多模态四足仿生机器人进行陆地移动和飞行移动。图3为传统的基于ESDF的规划器示意图，传统的基于ESDF的规划器通常采用离散化的方法，将环境分割成网格，并使用ESDF来表示每个网格中的障碍物到最近自由空间的距离。然后规划器使用这些距离来生成机器人的路径，以避免与障碍物碰撞。而本发明使用了EGO-PLANNER算法即为无ESDF的基于无人机局部规划器，直接评估和投影障碍物的梯度信息，而不预先构建ESDF，通过描述具有各向异性误差惩罚的轨迹拟合问题来生成更平滑的轨迹，提高陆空多模态四足仿生机器人在自主飞行状态下的安全性和鲁棒性，实现了与一些最先进的基于ESDF的规划器相当的性能，但减少了超过一个数量级的计算时间，有效提升了路径规划的效率。

请进一步结合参阅图1，在一些实施方式中，所述二舵机关节、机械足、旋翼、第一数字舵机、第二数字舵机及旋翼电机均设置有四个。所述机械足具有2自由度；陆空多模态四足自主机器人结构部分由四个具有2自由度和一个旋翼的腿部关节组成，搭载了深度相机，板载计算机，飞行控制单元。

本陆空无人机具有陆空两种模式，可侦察环境和适应地形变化。本发明采用的是四旋翼结构，其空中模式现为可改变飞行姿态的四旋翼无人机，相比二旋翼无人机抗风能力更强，飞行稳定性更高，飞行方向更多，实现了价格、性能、稳定性和续航的平衡，可以适配不同复杂环境以改变飞行姿态，提高了飞行安全性和适应性，如飞越树木杂生的灌木林；陆地模式表现为全地形四足机器人，负责地面环境勘探，更有利于为例区域的勘探，比如山洞、矿洞、倒塌房屋、等信号屏蔽的狭隘空间，当无人机由于飞行的不确定性和狭小室内空间而无法飞行时，此时四足机械腿发挥至关重要作用，四足机械腿可以无视障碍，跨越有高度差的地形，攀爬斜面等。同时四足机器人的结构也可以作为无人机的机架，减少冗余结构。

本发明实施例还提供一种陆空多模态四足仿生机器人实现的控制方法，所述方法包括：

数据采集机构采集图像数据和运动数据，并将所述图像数据和所述运动数据发送至控制机构中的板载计算机；

板载计算机根据所述图像数据和所述运动数据计算定位信息；

当接收到输入的目标位置时，所述板载计算机根据所述目标位置、所述定位信息和所述图像数据得到路径规划信息，并将所述路径规划信息发送至所述控制机构中的飞行控制板；

所述飞行控制板根据所述定位信息和所述路径规划信息控制所述陆空多模态四足仿生机器人进行陆地移动和飞行移动。

具体地，本发明利用双目相机，机载电脑，飞行控制器作为智能感知和决策模块。如图4所示，所述数据采集机构包括双目相机和IMU传感器，双目相机采集相机图像，利用相机图像对特征提取和跟踪；IMU传感器提取IMU运动数据。机器人通过双目相机和IMU传感器采集图像数据和运动数据，可有效提高机器人定位导航的精度与鲁棒性。

将运动数据发送至飞行控制器，所述飞行控制器获得三个不同方向的角速度和加速度数据并反馈到板载计算机，板载计算机将飞行控制器所获数据进行数据处理获得IMU数据，板载计算机利用视觉的图像特征和IMU积分的位置、方向和速度融合，利用VINS-FUSION算法得到定位信息，输出优化后的位置、方向和速度，即机器人的位姿。获得机器人位姿后，通过输入目标点给板载计算机，板载计算机对各类信息进行处理分析，所述板载计算机利用EGO-PLANNER算法得到路径规划信息，并生成指令发送至飞行控制器，飞行控制板根据所述定位信息和所述路径规划信息控制所述陆空多模态四足仿生机器人进行陆地移动和飞行移动。

SLAM(即时定位与地图构建)技术即机器人在未知环境中从一个未知位置开始移动,并在移动过程中根据位置估计和地图进行自身定位,同时在自身定位的基础上建造增量式地图的技术。具备高精度自定位能力是陆空多模态仿生机器人自主飞行的重要条件，本发明采用VINS-FUSION算法并使用双目相机与IMU融合构建多传感融合的VIO-SLAM系统，实现精准、实时自定位，大大提高了机器人的视觉鲁棒性和自主能力。本发明使用EGO-PLANNER算法计算路径规划信息，与一些最先进的基于ESDF的规划器性能相当，但减少了超过一个数量级的计算时间，提高了陆空多模态四足仿生机器人的工作效率与自主飞行时的鲁棒性和安全性。

本发明使用了CUAV V5+作为飞行控制板，其高性能处理器和多传感器冗余组合可为陆空多模态四足仿生机器人获得更快的处理速度和更高的飞行安全性和稳定性。本发明采用PX4固件作为自动驾驶仪软件，可适配CUAV V5+飞控板。PX4的架构能保证多种传感器的高效运作，通过1000Hz或多种速率的嵌入式总线系统，保证读取传感器数据的中断时延小于4us，不同任务间信息交换时延仅25us。相对于Linux系统架构，PX4采用NuttX系统结合消息机制的中断在高负载情况下也能保持低时延，实现更快的处理速度和更高的飞行安全性和稳定性，缩小数据传输与信息交换时延。

如图5所示，ARDUINO控制板控制多模态无人机多方位移动。在接收到切换飞行模式指令时，ARDUINO板控制机器人姿态变化为初始姿态，并锁定舵机，切换为飞行模式。在接收到切换陆地模式指令时，机器人接受蓝牙模块传输的信号并做出不同的姿态反馈。在程序上，机器人使用动作组定义各动作，主控板计算量小，对机体各元件负担小。在结构上，使用动作组简化了机器人模型，进一步增加了机器人陆地模式的稳定性与可控性。

在一种实施例中，所述方法还包括：

预先在所述板载计算机中存储场景指令与姿态动作的对应关系；

当所述板载计算机检测到目标场景指令时，查询所述对应关系，得到与所述目标场景指令相对应的目标姿态动作；

所述飞行控制板按照所述目标姿态动作控制二舵机关节、机械足及旋翼的当前姿态。

具体地，所述姿态动作包括二舵机关节、机械足及旋翼的姿态动作。

在一种实施例中，所述方法还包括：

若板载计算机根据所述图像数据判定当前场景为狭窄场景，则生成目标狭窄场景指令；

根据所述目标狭窄场景指令查找所述对应关系，得到与所述目标场景指令相对应的目标姿态动作；

所述飞行控制板按照所述目标姿态动作将二舵机关节、机械足及旋翼的当前姿态调整为O形或H形。

具体地，如图6-图7所示，当板载计算机根据双目相机采集的图像判定当前场景为狭窄场景，则生成目标狭窄场景指令，得到与其对应的目标姿态动作，飞行控制板按照所述目标姿态动作将二舵机关节、机械足及旋翼的当前姿态调整为O形或H形；当进行姿态调整时，通过二舵机关节来协同调整机械足和旋翼的姿态，使其可在同一方向上同时进行姿态调整，避免了使用其他结构连接机翼和机械足进行调整造成的结构复杂及协同操作精度不准确的问题；其中，在遇到狭隘口时折叠机臂，使陆空多模态四足仿生机器人从X形变为成O形或H形，节约机器人体积，使其方便穿过狭窄场景。

在一种实施例中，所述二舵机关节可只搭载第一数字舵机和第二数字舵机，单独设计一个支架搭载旋翼电机。

在一种实施例中，所述机械足可简化设计为二连杆简易机械腿结构取代。

本发明涉及一种陆空多模态四足仿生机器人及控制方法，所述机器人包括：支架；二舵机关节，设置在所述支架的边缘处；数据采集机构，设置在所述支架上，所述数据采集机构用于采集图像数据和运动数据；控制机构，设置在所述支架上且与所述数据采集机构通信连接，所述控制机构用于根据所述图像数据和所述运动数据控制所述陆空多模态四足仿生机器人进行陆地移动和飞行移动；机械足，设置在所述二舵机关节上，所述机械足用于当处于陆地模式时，在所述控制机构的控制下进行陆地移动；以及旋翼，设置在所述二舵机关节上，所述旋翼用于当处于飞行模式时，在所述控制机构的控制下进行飞行移动。本发明通过二舵机关节连接旋翼和机械足，机械足和旋翼提升了机器人适应崎岖地形地面的能力，并通过控制机构使机器人有自主决策和感知能力。

应当理解的是，本申请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申请所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种陆空多模态四足仿生机器人，其特征在于，包括：

支架；

二舵机关节，设置在所述支架的边缘处；

数据采集机构，设置在所述支架上，所述数据采集机构用于采集图像数据和运动数据；

控制机构，设置在所述支架上且与所述数据采集机构通信连接，所述控制机构用于根据所述图像数据和所述运动数据控制所述陆空多模态四足仿生机器人进行陆地移动和飞行移动；

机械足，设置在所述二舵机关节上，所述机械足用于当处于陆地模式时，在所述控制机构的控制下进行陆地移动；

以及旋翼，设置在所述二舵机关节上，所述旋翼用于当处于飞行模式时，在所述控制机构的控制下进行飞行移动。

2.根据权利要求1所述的陆空多模态四足仿生机器人，其特征在于，所述支架包括平行设置的上板和下板；

所述陆空多模态四足仿生机器人还包括：

第一数字舵机，设置于所述上板上，所述第一数字舵机用于带动所述二舵机关节水平转动；

第二数字舵机，设置于所述二舵机关节上，所述机械足与所述第二数字舵机相连接，所述第二数字舵机用于带动所述机械足竖直运动；

旋翼电机，设置于所述二舵机关节上，所述旋翼与所述旋翼电机的输出轴相连接。

3.根据权利要求2所述的陆空多模态四足仿生机器人，其特征在于，所述二舵机关节包括：

舵机关节本体；

舵盘，与所述第一数字舵机的输出轴相连接；

第一连接部，由所述舵机关节本体向所述上板延伸而成，所述第一连接部与所述舵盘相连接；

第二连接部，由所述舵机关节本体向所述下板延伸而成，所述第二连接部与所述下板转动连接；

以及旋翼安装部，由所述舵机关节本体向背离所述上板的一侧延伸而成，所述旋翼电机设置在所述旋翼安装部上。

4.根据权利要求3所述的陆空多模态四足仿生机器人，其特征在于，所述舵机关节本体上开设有电机容纳腔，所述第二数字舵机设置在所述电机容纳槽中；

所述陆空多模态四足仿生机器人还包括：

第一连杆，所述第一连杆的一端与所述第二数字舵机的输出轴相连接，所述第一连杆的另一端与所述机械足转动连接；

第二连杆，所述第二连杆的一端与所述舵机关节本体转动连接，所述第二连杆的另一端与所述机械足转动连接。

5.根据权利要求2所述的陆空多模态四足仿生机器人，其特征在于，所述数据采集机构包括：

深度相机，设置于所述上板，所述深度相机用于采集图像数据，并根据所述图像数据提取图像特征；

IMU传感器，设置于所述支架上，所述IMU传感器用于采集运动数据。

6.根据权利要求5所述的陆空多模态四足仿生机器人，其特征在于，所述控制机构包括：

板载计算机，设置于所述上板，所述板载计算机用于根据所述图像特征和所述运动数据，利用VINS-FUSION算法得到定位信息，以及，当接收到输入的目标位置时，利用EGO-PLANNER算法得到路径规划信息；

飞行控制板，与所述板载计算机通信连接，所述飞行控制板用于根据所述定位信息和所述路径规划信息控制所述陆空多模态四足仿生机器人进行陆地移动和飞行移动。

7.根据权利要求2所述的陆空多模态四足仿生机器人，其特征在于，所述二舵机关节、机械足、旋翼、第一数字舵机、第二数字舵机及旋翼电机均设置有四个。

8.一种基于如权利要求1-7任一项所述的陆空多模态四足仿生机器人实现的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

数据采集机构采集图像数据和运动数据，并将所述图像数据和所述运动数据发送至控制机构中的板载计算机；

板载计算机根据所述图像数据和所述运动数据计算定位信息；

当接收到输入的目标位置时，所述板载计算机根据所述目标位置、所述定位信息和所述图像数据得到路径规划信息，并将所述路径规划信息发送至所述控制机构中的飞行控制板；

所述飞行控制板根据所述定位信息和所述路径规划信息控制所述陆空多模态四足仿生机器人进行陆地移动和飞行移动。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

预先在所述板载计算机中存储场景指令与姿态动作的对应关系；

当所述板载计算机检测到目标场景指令时，查询所述对应关系，得到与所述目标场景指令相对应的目标姿态动作；

所述飞行控制板按照所述目标姿态动作控制二舵机关节、机械足及旋翼的当前姿态。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

若板载计算机根据所述图像数据判定当前场景为狭窄场景，则生成目标狭窄场景指令；

根据所述目标狭窄场景指令查找所述对应关系，得到与所述目标场景指令相对应的目标姿态动作；

所述飞行控制板按照所述目标姿态动作将二舵机关节、机械足及旋翼的当前姿态调整为O形或H形。

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