[发明专利]一种六足机器人及足部控制方法和步态控制方法

说明书

本申请是专利：申请号 201610211130.9，申请日 2016.04.05的分案申请。

技术领域

本发明属于机器人领域，特别是涉及一种六足机器人及足部控制方法和步态控制方法。

背景技术

随着科技进步，机器人技术的飞速发展，其应用领域也越来越广。作为移动机器人的重要成员，多足步行机器人主要被应用于以下几个领域，其一是远程勘探，如火山勘探，太空探索，海底探索；其二是危险环境，如核电站或高辐射环境，矿业勘探和开发，排雷排爆，灾区重建，搜救，战区；此外还有工地现场，如伐木及运输等工程领域。在以后的发展中，多足步行机器人必将在更多的领域大放异彩。

移动机器人通常可分为轮式移动机器人和多足步行机器人。到目前为止，虽然轮式移动机器人占主导地位，但是其通病是只能应用于相对平坦的地面，这就导致在部分区域传统的轮式移动机器人难以抵达。即便是世界上最先进的越野车，也只能越过一般崎岖的区域，而且能耗巨大，还会对地形、环境造成破坏。

多足步行机器人在自然地形下优越的机动性显而易见，因为它们的运动只需要离散的落足点作为支撑点，而不像轮式移动机器人那样只能在连续的支撑面上运动。即便是在柔软的地表行走，多足步行机器人也能利用其落足点离散的特性以较低的能耗运动。此外，利用其多自由度的特性，多足步行机器人能轻而易举的实现原地转弯；通过重心高度的实时调整，多足步行机器人能降低与不规则地形间的冲击，甚至可以与地面间断性的紧贴，从而增加其负载能力同时提高其运动稳定性。

多足机器人虽然具有诸多优点，但在非结构化境下难以用特定的数据去描述障碍物特征，其工作仍面临许多挑战，为了提高多足机器人的地形适应及越障能力，就需要从机构学角度、足部控制方法和步态时序方面研究更加灵活、可靠的机器人行走装置。

发明内容

为了提高多足机器人的地形适应及越障能力，本发明提供一种六足机器人及足部控制方法和步态控制方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方法：六足机器人包括躯干及在躯干两侧对称设置的行走机构（前足、中足和后足）。行走机构包括：胯关节直线油缸、螺旋摆动油缸、大腿、轴、膝关节直线油缸、膝关节轴、膝关节摆动盘、挡油板、轴承、连接法兰、小腿、脚掌及紧固件等。下面对行走机构的具体工作原理作阐述：螺旋摆动油缸通过其上的耳轴和躯干铰接，另一端通过轴和胯关节直线油缸铰接，胯关节直线油缸的另一端通过轴和躯干铰接，各铰接处形成可以自由转动的转动副，胯关节直线油缸根据机器人的运动需要，在油压的驱动下，带动螺旋摆动油缸绕其上的铰接耳轴摆动，从而带动行走机构（前足、中足和后足）在主机左右方向摆动，实现转向；大腿通过紧固件和螺旋摆动油缸内部的摆动轴端面紧固，螺旋摆动油缸在油压的作用下，其内部的摆动轴相对于外壳转动，从而带动大腿、小腿等在前后方向运动；膝关节直线油缸安装于大腿内部，膝关节轴的两侧，其一端通过轴和大腿铰接，形成转动副，另一端通过轴和膝关节摆动盘铰接，形成转动副，膝关节摆动盘对称中心处有正六边形孔，膝关节轴和膝关节摆动盘配合处截面同为正六边形，两者配合到一起，使其不能在周向产生相对运动，膝关节轴两端用安装于大腿上的轴承支撑，膝关节轴和连接法兰配合处的截面为正六边形，膝关节轴和连接法兰中心处的正六边形孔配合，进而限制两者在周向的运动，小腿通过紧固件和连接法兰紧固，膝关节直线油缸在油压的作用下伸缩运动，驱动膝关节摆动盘绕其中心转动，进而通过膝关节轴、连接法兰将扭矩传递给小腿，实现小腿在前后方向的运动；根据不同的步态控制胯关节直线油缸、螺旋摆动油缸、膝关节直线油缸之间的协调工作，实现行走机构（前足、中足和后足）的行走动作，通过各行走机构之间的协调工作，从而可以越过各种复杂的非结构化环境；连接法兰、挡油板、大腿及膝关节轴之间形成的型腔用于储存润滑脂润滑轴承；为了减小机器人和地面之间的接触压强，提高地形适应能力，在小腿下端安装了脚掌，脚掌和小腿之间通过轴铰接。