[发明专利]一种足端轨迹可变的组装式多足机器人和控制方法

说明书

发明公开了一种足端轨迹可变的组装式多足机器人和控制方法，该机器人由若干个机器人单体通过磁性球接合而成，机器人由经PID算法控制的直流电机驱动，经由可调整的平面四连杆机构将直流电机的转动转化为摆动，在机器人的足端形成一个封闭曲线，使机器人向前运动，运动过程中电机的旋转位置与速度由旋转角度电位器采集给控制器，球型的磁性连接赋予了机器人一定的柔性，也使得机器人能够进行延申拓展，在中间单体受损时仍能正常向前运动，本发明提供的组装式多足机器人和控制方法实现简单，且提高了机器人的鲁棒性和可操作性。

技术领域

本发明涉及机器人应用平台，属于机器人控制领域，特别涉及一种足端轨迹可变的组装式多足机器人和控制方法。

背景技术

自然界中，各类生物为适应复杂多变的生存环境，进化出令人惊叹的本领与特征。这些优良的生物性能给人类创造与设计提供各种灵感。通过学习、模仿某些生物的特性及功能，可以提高人类对自然的适应和改造能力。因此，近年来，仿生机器人的研究引起了广泛的关注，其中从蜈蚣身上汲取灵感的多足软体机器人也逐渐成为一项热点。现阶段看来，足式机器人的环境适应能力比轮式和履带式机器人强，能够适应不同的复杂的地形条件，而多足机器人相比于传统四足机器人对复杂地形条件有着更强的适应性，多节的身躯给予了多足机器人更高的灵活性，其身体结构可以随着地形而进行一定程度上的弯曲调整，从整体上为机器人提供了更可靠的稳定性。

比例积分微分控制，简称PID控制，是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、鲁棒性好和可靠性高，被广泛应用于工业过程控制和机器人控制，至今仍有90％左右的控制回路具有PID结构。简单的说，根据给定值和实际输出值构成控制偏差，将偏差按比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。另一方面，平面四连杆机构是一种基础的机械结构，在杆长条件的限制范围内，调整各个杆子的相对长度，能将四杆机构区分为若干个变种，其中曲柄摇杆机构由于其能将转动运动转化为摆动，应用范围最广。

目前的大多机器人被设计为不可拆装、结构固定、不可调整的结构，功能结构单一，灵活性不高，且一旦有一个部件损坏，整个系统就会受到影响而停止工作，鲁棒性较差。

发明内容

本发明针对多足仿生机器人控制不便，鲁棒性较差，用户改造拓展自由度低的现状，提出了一种足端轨迹可变的组装式多足机器人和控制方法，该机器人结合PID控制和平面四连杆机构，在保持稳定性的前提下，能够实现对机器人的运动结构进行设计改进，通过不同的组装方式，可以得到参数不同的平行四杆机构，使得机器人的足端曲线得到调整，实现机器人不同的行进方式。除此之外，本发明将机器人设计为单独的可组装的单体，用磁性球进行各个单体之间的连接，方便用户组装拓展，同时在单体机器人受损时，其邻接的两个单体机器人能将受损单体撑起，在无人干预的情况下仍能向前运动。

为了达到本发明的目的，本发明采取如下技术方案：

本发明的其中一个目的在于提供一种足端轨迹可变的组装式多足机器人，所述的多足机器人由若干个机器人单体通过磁性球接合而成；所述的机器人单体包括主体、直流电机、直流电机驱动板、机械足、旋转角度电位器、控制器和电源；

所述的直流电机嵌入安装在主体的左右两侧，由直流电机驱动板控制，每一个直流电机连接一个机械足，所述的旋转角度电位器安装在直流电机的输出轴处，用于测量电机轴的旋转角度；所述的控制器和电源安装在主体上，所述的直流电机驱动板和旋转角度电位器与控制器连接；

所述的机械足采用四连杆机构，包括曲柄、连杆和摇杆；所述摇杆的一端通过销钉安装在主体侧面上部，曲柄与直流电机的输出轴连接，位于摇杆的后下方，连杆的顶部与摇杆的另一端铰接，连杆的中部与曲柄铰接。

优选的，所述连杆所在平面位于垂直面上，与地面垂直。

优选的，所述的摇杆和连杆上设有等距排布的安装孔位，摇杆上的孔位与连杆上的孔位铰接。