[发明专利]一种手足切换多模态四足特种机器人

说明书

本发明公开了一种手足切换多模态四足特种机器人，由机器人本体、视觉系统、定位模块、控制模块、驱动模块、电源模块和存储模块构成；其中机器人本体包括机器人本体、机器人的前足、机器人的后足、外置金属保护架、摄像头和麦克风；控制模块包括四足控制模块和双足控制模块。综合考虑四足与双足机器人的优缺点，使其不仅具备四足机器人移动效率高、适应地形能力强的优势，还具备双足机器人具有机械臂及机械手，能够进行基本灵巧操作及完成复杂移动动作的优势。机身分为两段，它们中的每一个都通过一个球形铰链连接到其他节段，该铰链由三个两自由度的电机驱动。

技术领域

本发明涉及一种站立时可以进行手足切换的四足特种机器人，主要涉及到机器人多模态控制，属于智能机器人技术领域。

背景技术

现如今，四足机器人作为一种仿生移动机器平台，具有对移动环境要求低、移动效率高等优点。它不仅能够实现在沙地、沼泽等特殊地形行走，还可以实现负载运输，成为人类活动的帮手，降低人工成本，并且可以在星际探索、军事侦察、地下管道的疏通、疾病治疗、抢险救灾等非结构环境中代替人类进行物资运输、巡逻等危险操作。

虽然四足机器人在移动方面拥有优势，但由于它没有机械臂及机械手，所以缺乏一定的灵活性以至于无法完成某些操作——例如摔倒后起身，挥动手臂以保持平衡，或推开门的同时也可用于操纵或携带物体，以及完成复杂移动动作如翻越障碍物时借力攀岩、作为反恐用途追捕犯罪车辆时扒车等更加复杂的功能。此时双足机器人便可以弥补这些不足，故提出通过手足切换的多模态控制实现四足模式与双足模式的相互切换，提高机器人适应环境的能力。

对现有专利检索发现，专利申请公开号：CN105242677A，发明名称：四足机器人双足支撑相位力位混合控制方法。该发明通过建立控制模型，将平面七连杆模型简化为平面虚拟伸缩腿模型，再根据控制模型进行混合控制，对于质心高度和本体俯仰角通过位置伺服方法进行控制，对虚拟伸缩腿平面模型的水平位移采用外环位置、内环足端力的双环控制方法。其缺点为：通过增大位置控制器刚度无法解决出现摆动腿提前或滞后落地的情况，并且没有提出基于多模态控制的机器人手足切换，机器人缺乏基本的操作功能。

检索发现，专利申请公开号：CN109857131A，发明名称：一种足式机器人两足-四足姿态变换控制方法。该发明提供了一种足式机器人两足-四足姿态变换控制方法。通过大腿向后匀速旋转降低足式机器人重心，机器人本体向前旋转以方便足式机器人的机械上肢触地支撑，借助足式机器人脚部的压力传感器检测前后受力差值作为反馈信号，采用滑模控制方法实时确定机器人本体的旋转速度。在站立阶段，大腿和机器人本体的旋转方向与下蹲弯腰阶段的旋转方向相反，其转速控制方法相同。其缺点为：仅限于机器人的姿态变换，未考虑姿态变换时支撑腿足端发生滑动的可能性，且姿态变换模型繁琐，变换效率低。

检索发现，专利申请公开号：CN208855764U，发明名称：一种多模式控制的四足机器人。该发明通过设置多种模式的无线控制终端，无线接收器接收来自另一无线控制终端发送的控制指令，可采用定义手柄按钮及安卓设备来实现机器人各个动作姿态和行为的控制。其缺点为：模型过于简单，可实现的功能较少。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于多模态控制的手足切换四足特种机器人，综合考虑四足与双足机器人的优缺点，使其不仅具备四足机器人移动效率高、适应地形能力强的优势，还具备双足机器人具有机械臂及机械手，能够进行基本灵巧操作及完成复杂移动动作的优势。机身分为两段，它们中的每一个都通过一个球形铰链连接到其他节段，该铰链由三个两自由度的电机驱动。

一种基于多模态控制的手足切换四足特种机器人，由机器人本体、视觉系统、定位模块、控制模块、驱动模块、电源模块和存储模块构成；其中机器人本体包括机器人本体1、机器人的前足2、机器人的后足3、外置金属保护架4、摄像头5和麦克风6；控制模块包括四足控制模块7和双足控制模块8。