[发明专利]面向可变形轮足机器人的快速变形和低重心系统与方法

说明书

面向可变形轮足机器人的快速变形和低重心系统与方法，包括可变形机械本体和自主导航行走系统，所述可变形机械本体的前轮组和后轮组可由前后串行轮形式变形为左右并行轮形式并锁定，所述可变形机械本体的前轮组和后轮组也可由左右并行轮的形式变形为前后串行轮的形式并锁定，所述自主导航行走系统位于可变形机械本体上。快速变形系统可在短时间(10s)内，完成从前后串行轮到左右并行轮，或从左右并行轮到前后串行轮的变形转换，提高了变形过程的实用性。低重心系统可在变形后使轮足机器人机械骨架重心在轮毂中心以下，行走过程能耗小，自行走续航时间长，爬坡角度大。

技术领域

本发明属于电子信息、机器视觉、自动控制和机械设计技术领域，具体涉及面向可变形轮足机器人的快速变形和低重心系统与方法。

背景技术

人类用大脑进行思考，用眼睛观察外部的环境，用双手改造周围的世界，用双脚在地球表面行走。自从文明产生以后，人类一直渴望制造大脑、双手、双脚，甚至双眼、双耳的替代品，更大程度解放自己身体。1785年英国人瓦特发明了新式蒸汽机，手工劳动逐渐被机器生产取代。1886年，德国人卡尔. 本茨发明汽车，人的身体可以被机器移动。1946年第一台通用电子管计算机在美国宾西法尼亚大学诞生，机器可以代替人脑进行逻辑思维和数学运算。但永不满足似乎是人类的天形，科学家一直试图制造外形类人，有想、看、听、说能力，可与人进行情感交流并帮助人类的人形机器人。类人机器设计与实现将是人类在21世纪最激动人心的重大科技目标。

快速发展的材料、能源、电子、机械和信息技术，为制造出外形类人，功能接近或超过人类的机器提供了可能。日本Honda的Asimo是全球最早具备人类双足行走能力的人形机器人。 美国Agility Robotics设计的Cassie，Boston Dynamics设计的Atlas足式机器人，在动作的灵活协调程度上已超过Asimo。中国香港Hanson Robotics 开发的Sophia在模仿人类表情和语音沟通方面达到了一定的高度。Cassie、Atlas、Sophia等机器人在一定程度上代表了人类在21世纪初仿人机器人的方面的较高研究水平。但仔细思考发现，目前的人形机器人，具有的手脚运动，以及视、听、说能力，主要以满足其自身的存在为目的，在帮助人方面，还与单一功能机器，如洗衣服的洗衣机，运输的汽车、计算的电脑存在差距。因造价、实用形等原因，此类仿人机器人距离进入人类社会尚有很远的路要走。

具备人的看、听、说交流功能，外形轻巧、同时能帮助人完成重要任务的机器人（在帮助人类完成任务的同时，以人类感到亲切的外形，以人类熟悉的方式进行交流的机器人），更有可能尽早走进人类的生活。18世纪末产生的小巧、轻便双轮单车是一种可以充分发挥人类自身运动能力的实用机械，在全世界范围内汽车趋于普及的今天，单车在近距出行方面，长距离探险方面仍具有其不可替代的存在价值。为了克服私有单车携带存放不便的问题，公用单车出现并有商业推广。安装了GPS定位芯片的无桩共享单车曾经在2016年迅速在中国中心城市向周边城市发展，在2017年达到峰值。但随之出现的系列问题，使该类单车发展在2018年出现阴影。

无序停放是制约共享单车发展的最大瓶颈。使用者到达目的地后随意将车辆停放，不正确的停车挤占了人行道，公共出入口，盲道，影响了正常交通，破坏了城市市容。因停放地点没有规律，也出现了使用者在急需时找不到共享单车的情况。GPS定位共享单车陷入困境的背后，表面上是用车人员的素质有待提高，其背后的根本问题是现有的单车的技术本质仍停留在最初的发明阶段，是一个冰冷的、能力有限的两轮载人机械。与具备视听说能力，可自主行动和思考的类人机器人相差甚远，还不能满足人类更高的便捷使用（自动返回）和心理交流需要。特别是，如果为现有的单车简单集成视、听、说和自动导航行走系统，其自主行走可靠形、稳定形方面存在严重缺陷。

综上所述，为了克服现有单车不能自主返回的问题，同时也是为了弥补目前缺少一种既能帮助人类运载身体（有实用形），又具备看、听、说能力（人机交互形好），有趣味的（趣味形是人生追求的最重要目标之一）机器人，本发明提出面向可变形轮足机器人的快速变形和低重心系统与方法。

发明内容