[发明专利]一种具有掘进功能的矿难救灾机器人及其控制方法

权利要求书

1.一种具有掘进功能的矿难救灾机器人，其特征在于：包括锥形钻土头部(1)、圆柱形的前体节(2)和圆柱形的后体节(3)，所述前体节(2)和后体节(3)通过能够在平面上转动的腰部(4)相连接；在所述前体节(2)和后体节(3)的两侧对称设置有各支腿，所述各支腿包括位于前体节(2)两侧的左前腿(5a)和右前腿(5b)、位于后体节(3)两侧的左中腿(5c)、右中腿(5d)、左后腿(5e)和右后腿(5f)，所述各支腿通过由转动副构成的髋关节与所述前体节(2)或后体节(3)相连接，各支腿的末端为弧面足部；锥形钻土头部(1)固连在前体节(2)的前端。

2.根据权利1所述的具有掘进功能的矿难救灾机器人，其特征在于所述支腿的结构设置为：连接在所述髋关节上的为大腿(6)，所述大腿通过膝关节连接小腿(7)，所述膝关节是以所述大腿的下半部分为机架(8)，以小腿的顶端为连杆(9)，在所述机架(8)与连杆(9)之间分别连接有摇杆(10)和曲柄(11)，构成曲柄摇杆机构；所述曲柄摇杆机构中与大腿末端相连的曲柄(11)是由膝关节驱动电机(12)驱动的原动杆。

3.根据权利要求1所述的具有掘进功能的矿难救灾机器人，其特征在于所述腰部结构设置包括：原动齿轮(13)、从动齿轮(14)、上固定板(15)和下固定板(16)，所述原动齿轮轴(17)和从动齿轮轴(18)分别通过轴承支承在上固定板(15)和下固定板(16)之间；所述上固定板(15)和下固定板(16)与后体节(3)固定连接，从动齿轮轴(18)与前体节(2)固定连接，所述原动齿轮(13)是由固定设置在上固定板(15)上的腰部驱动电机(19)驱动。

4.一种权利要求1所述的具有掘进功能的矿难救灾机器人的行进控制方法，其特征在于：采用基于三角步态的行进控制方式，由左前腿(5a)、左后腿(5e)和右中腿(5d)组成左三角，由右前腿(5b)、右后腿(5f)和左中腿(5c)组成右三角，各支腿在髋关节驱动电机(20)的驱动下进行转动；支腿转动至足底部与地面接触的状态为支撑态，足底部离开地面的状态为摆动态；所述左三角和右三角交替呈摆动态和支撑态；任一时刻至少有一个三角处于支撑态，同一三角中的三条支腿在同一时刻进入支撑态或摆动态。

5.权利要求1所述的具有掘进功能的矿难救灾机器人的掘进控制方法，其特征在于按如下过程进行：

a、基于三角步态运动的前向钻孔控制过程：机器人以三角步态前向运动，同时钻土头部(1)由头部驱动电机(21)驱动旋转，当达到给定的掘进量时，停止前向运动，调整机器人的左三角和右三角均为支撑态；

b、基于六腿支撑的扩孔控制过程：前体节(2)相对于后体节(3)在腰部驱动电机(19)的驱动下左右摆动，通过改变各支腿的角度调整机器人的俯仰角，进而使钻土头部上下运动，钻土头部的转动配合其左右摆动和上下运动，使机器人钻出截面较大的孔洞，便于机器人通过。

6.权利要求1所述的具有掘进功能的矿难救灾机器人的拨土控制方法，其特征在于：采用五腿支撑单腿顺序轮流拨土的控制方式，在机器人掘进过程结束后，调整为五条支腿支撑状态，另外一条腿为拨土腿，拨土腿的大腿静止，小腿(7)在膝关节驱动电机(12)的驱动下带动弧面足往复摆动，实现向后方拨土。