[发明专利]一种六足机器人控制系统与爬楼梯步态规划方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种六足机器人控制系统与爬楼梯步态规划方法，属于机器人领域。

背景技术

随着中国制造2025规划的实施，机器人会在国民经济中扮演越来越重要的角色。在《机器人产业十三五发展规划》中提到要重点推进工业机器人在民爆等危险作业行业、国防军工领域的推广应用。目前，用于此类应用的机器人主要分成轮式和足式两种。轮式机器人的优点在于移动迅速，并且自由度较低使得控制较为简单，而当面对坑洼、障碍等崎岖地貌时，轮式机器人将很难适应，在这一点上足式机器人的优势十分明显。

六足机器人作为足式机器人中极具代表性的一种，被广泛应用于野外勘察、太空探测、灾区救援等领域。这就要求机器人具有很强的越障能力，而楼梯作为人造环境中最为常见的障碍，同时也是最难跨越的障碍之一，机器人对其攀爬能力成为移动机器人越障能力研究的一个重点。

专利“一种仿生六足机器人控制系统及控制方法”[专利申请号：201410653477.X，公开号：CN 104460672 A]，公开了一种适用于复杂地形下六足机器人的控制策略和控制系统。该系统利用限位开关进行足端触地反馈，当足端触地时反馈的信号容易产生毛刺，需要额外添加信号处理电路，增加处理器负担，且无三轴加速度计，无法保证六足机器人的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于解决背景技术中的问题，提供一种简单高效的六足机器人爬楼梯控制系统和步态规划方法。

上述目的通过以下的技术方案实现：

本发明包括机身、控制系统和步态规划，所述的机身包括躯干和行走机构，所述的躯干包括机架，所述的行走机构包括腿A、腿B、腿C、腿D、腿E和腿F，腿A、腿B和腿C对称分布在机架左侧，腿D、腿E和腿F对称分布在机架右侧，所述的腿A、腿B、腿C、腿D、腿E和腿F分别包括基节、大腿、胫节、足端、基节舵机、腿节舵机以及胫节舵机，所述的机架两侧分别通过舵盘各自连接基节，所述的基节连接大腿，所述的大腿连接胫节，所述的胫节连接足端，所述的基节上安装基节舵机，所述的大腿上安装腿节舵机，所述的胫节上安装胫节舵机，所述的足端上安装足端压力传感器。

所述的控制系统包括单片机、舵机控制板、所述的安装在每个足端的力传感器、三轴加速度计以及航模电池，所述的力传感器和三轴加速度计连接单片机，所述的单片机连接舵机控制板，所述的舵机控制板分别连接基节舵机、腿节舵机和胫节舵机，所述的航模电池分别连接单片机和舵机控制板；所述的力传感器负责检测足部的触地情况并将信息反馈给单片机，所述的三轴加速度计负责检测躯干的俯仰角并将信息反馈给单片机，所述的单片机将所述的力传感器和三轴加速度计反馈的信息处理后通过算法生成每个所述的基节舵机、腿节舵机和胫节舵机的旋转角度并发送指令给所述的舵机控制板，所述的舵机控制板接收所述的单片机指令后驱动每个所述的基节舵机、腿节舵机和胫节舵机，所述的航模电池为整个控制系统供电。

所述的步态规划包括五个步骤：

步骤1：腿A、腿B、腿C、腿D、腿E和腿F支撑于地面，执行步骤2；

步骤2：腿A和腿B的腿节舵机分别向上转动β，基节舵机分别向前转动θ后腿节舵机分别向下转动直到腿A和腿B触地，腿C、腿D、腿E和腿F保持不变，执行步骤3；

步骤3：腿A、腿B、腿C、腿D、腿E和腿F的基节舵机分别向后转动θ，同时腿C、腿D、腿E和腿F的腿节舵机分别向下转动直到躯干平行于地面，执行步骤4；

步骤4：腿B和腿E的腿节舵机分别向上转动β，基节舵机分别向前转动θ后腿节舵机分别向下转动直到腿B和腿E触地，腿A、腿B、腿E和腿F保持不变，执行步骤5；

步骤5：腿C和腿D的腿节舵机分别向上转动β，基节舵机分别向前转动θ后腿节舵机分别向下转动直到：腿C和腿D触地，腿A、腿B、腿E和腿F保持不变，执行步骤1；

θ为步骤2中大腿在水平面投影与步骤1中大腿在水平面投影的夹角，范围设定为-85°到85°。

本发明具有有益效果。

1.本发明六足机器人是一种具有冗余运动、多支链、时变拓扑运动机构的移动机器人，由于其具有18个自由度，使得多腿协调控制极具挑战性，而本发明在保证六足机器人行走效率的前提下，对其运动步态进行了简化，使得控制算法难度降低，同时减轻控制器的负担，提高了六足机器人反应速度。

2.本发明的高层传感器是力传感器和三轴加速度计，通过力传感器作为足端反射判断支撑相腿部是否就位，通过三轴加速度计判断六足机器人运行是否平稳，使得机器人能够自主判断当前自身的状况，进而采取下一步的行动。

附图说明