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CN104843102A - 一种基于并联六自由度机构的减振足式机器人 - Google Patents

一种基于并联六自由度机构的减振足式机器人 Download PDF

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CN104843102A
CN104843102A CN201510115703.3A CN201510115703A CN104843102A CN 104843102 A CN104843102 A CN 104843102A CN 201510115703 A CN201510115703 A CN 201510115703A CN 104843102 A CN104843102 A CN 104843102A
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CN
China
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control module
robot
kinematic mechanism
kinematic
tact switch
Prior art date
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Pending
Application number
CN201510115703.3A
Other languages
English (en)
Inventor
王军政
赵江波
汪首坤
沈伟
李静
郝仁剑
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Technology BIT
Original Assignee
Beijing Institute of Technology BIT
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Publication date
Application filed by Beijing Institute of Technology BIT filed Critical Beijing Institute of Technology BIT
Priority to CN201510115703.3A priority Critical patent/CN104843102A/zh
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Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D57/00—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track
    • B62D57/02—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members
    • B62D57/032—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members with alternately or sequentially lifted supporting base and legs; with alternately or sequentially lifted feet or skid

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于并联六自由度机构的减振足式机器人，属于机器人技术领域。本发明的足式机器人，包括机器人本体、连接在机器人本体下部的运动机构、减振反馈机构、运动机构控制模块、开关量信号检测模块、模式控制模块；运动机构的减振反馈机构接触到地面时，开启触觉开关，开关量信号检测模块控制模式控制模块向运动机构控制模块输出停止继续伸出的指令。本发明的足式机器人对机器人足端是否接触地面进行反馈控制，能有效解决机器人在执行预定指令时，由于地面不平而产生颠簸的技术难点，具有重要的推广应用价值。

Description

一种基于并联六自由度机构的减振足式机器人
技术领域
本发明涉及一种基于并联六自由度机构的减振足式机器人，属于机器人技术领域。
背景技术
机器人由于可以代替人工完成一些繁重甚至危险的工作，因此得到了非常广泛的研究。机器人中的一个重要的组成部分则是行走驱动部分，这是机器人能够自主运动的关键。常见的机器人可分为足式机器人、轮式机器人、履带式机器人等，它们都具有各自的优缺点，如轮式机器人则具有较快的运动速度，适宜于在结构化或交平坦的野外路面上行驶，但是在野外一些崎岖不平的非结构化路面上，则只有足式和履带式机器人能完成行驶任务，因为其具有较好的越障能力。尤其是在山地、丛林等环境下，足式机器人因其行走灵活，具有比较好的通过能力。如美国一家公司专门为美军开发了一款被称作“大狗”的四足液压驱动机器人，已经在阿富汗的丛林中用来运送装备补给。常规的足式机器人其足部一般是串联式机构，其不足之处就是，机器人的承载能力比较小。为了增加足式机器人的承载能力，有学者和研究机构提出采用并联的三自由度或六自由度运动机构来替代传统的串联式机构。并联六自由度运动机构作为机器人的足，其结构整体性好，刚度较大，具有较大的承载能力，但是，这些足式机器人存在的比较明显的缺点是吸收冲击振动的效果明显不如轮式或履带式机器人。
一般足式机器人的行走过程是这样实现的，首先由控制系统规划出机器人足端的运动轨迹，然后按照所规划的运动轨迹控制足端进行伸出或缩回运动。这样做的问题是，由于地面存在崎岖不平，事先规划好的运动轨迹有可能存在比较大的误差，那么会出现当机器人的足端接触到地面后，还未运动到预先设定的运动姿态，控制系统仍会控制机器人的足端继续向外伸出，由于其足端已经接触到地面，那么足端的继续伸出只能导致该足所在部分的机器人身体向上抬起，从而导致机器人的身体不平衡，并且出现颠簸感。有一些足式机器人会在其足端安装一个减振的弹簧或软垫，当足端接触到地面再继续伸出时，缓冲弹簧或软垫会被压缩，当缓冲弹簧或软垫因被压缩而产生的弹力与其所承受的机器人重力相平衡的时候，足端再继续伸出时，缓冲弹簧就不再被压缩，该足所在部分的机器人身体同样会被抬起，破坏机器人身体的平衡，出现颠簸感。
发明内容
本发明的目的是为了解决传统并联或串联足式机器人足部落地时存在振动冲击的缺点，而提供一种基于并联六自由度机构的减振足式机器人。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的一种基于并联六自由度机构的减振足式机器人，包括机器人本体、连接在机器人本体下部的运动机构、减振反馈机构、运动机构控制模块、开关量信号检测模块、模式控制模块；
运动机构采用并联六自由度的运动机构；
运动机构控制模块具有运动指令输入接口和模式控制指令输入接口，运动机构控制模块根据运动指令输入接口和模式控制指令输入接口输入的指令向运动机构发送运动信号，驱动运动机构运动；
开关量信号检测模块实时检测触觉开关的开关状态，并控制模式控制模块的信号输出，当开关量信号检测模块检测到触觉开关处于闭合状态时，模式控制模块输出停止继续伸出的指令，当开关量信号检测模块检测到触觉开关处于断开状态时，模式控制模块则输出允许继续伸出的指令。
模式控制模块根据接收开关量信号检测模块的控制信号，选择向运动机构控制模块输出是否允许继续伸出的指令；
运动机构是否运动取决于运动机构控制模块的运动指令输入接口及模式控制指令输入接口二者输入的指令情况，只要模式控制模块输出了停止继续伸出的指令，无论运动机构控制器的指令输入接口接到什么样的指令，运动机构都停止伸出，只有模式控制模块输出了允许继续伸出的指令，运动机构才可以根据其运动指令输入接口输入的指令来控制运动机构进行伸出；
减振反馈机构包括半球型弹性护套、触头、触觉开关，减振反馈机构的半球型弹性护套固定在运动机构的底端；触头一端与半球型弹性护套内壁固定，触头的另一端向运动机构一侧自由伸出；触觉开关为常开触点开关，触觉开关固定在运动机构的底端端面，触觉开关的引出导线与开关量信号检测模块的检测接口相连，开关量信号检测模块的输出端与模式控制模块的输入端数据线连接，模式控制模块的输出端与运动机构控制模块的模式控制指令输入接口数据线连接。
所述触头优选为缓冲弹簧，在能够实现启动触觉开关的同时，还能起到缓冲落地振动冲击的作用。
工作过程
当机器人行走时，首先通过运动机构控制模块的预定指令输入接口输入驱动运动机构运动指令，在机器人的运动机构伸出过程中，当任意一个运动机构的减振反馈机构接触到地面时，受到机器人自身重力的作用，使半球型弹性护套向内压缩，进而使触头的自由端开启触觉开关；此时开关量信号检测模块检测到触觉开关处于闭合状态，开关量信号检测模块控制模式控制模块向运动机构控制模块输出停止继续伸出的指令；避免运动机构由于地面不平继续向外伸出而使机器人产生颠簸；当机器人的运动机构抬起后，减振反馈机构脱离地面，半球型弹性护套回弹使触头的自由端脱离并关闭触觉开关；此时开关量信号检测模块检测到触觉开关处于断开状态，开关量信号检测模块控制模式控制模块向运动机构控制模块输出允许继续伸出的指令，机器人的运动机构在未接触地面前，可按照运动指令做出伸出运动。
有益效果
本发明的足式机器人对机器人足端是否接触地面进行反馈控制，能有效解决机器人在执行预定指令时，由于地面不平而产生颠簸的技术难点，具有重要的推广应用价值。
附图说明
图1为本发明足式机器人的整体结构图；
图2为本发明足式机器人中减振反馈机构的结构示意图；
图3为本发明足式机器人中运动机构控制流程图；
100-机器人载体，101-运动机构，102-减振反馈机构，201-半球型橡胶外套、202-缓冲弹簧、203-触觉开关。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的内容进行详细描述。
实施例
本发明的一种基于并联六自由度机构的减振足式机器人，如图1所示，包括机器人本体100、连接在机器人本体下部的运动机构101、减振反馈机构102、运动机构控制模块、开关量信号检测模块、模式控制模块；
运动机构101采用并联六自由度的运动机构；
运动机构控制模块具有运动指令输入接口和模式控制指令输入接口，运动机构控制模块根据运动指令输入接口和模式控制指令输入接口输入的指令向运动机构101发送运动信号，驱动运动机构运动；
开关量信号检测模块实时检测触觉开关203的开关状态，并控制模式控制模块的信号输出，当开关量信号检测模块检测到触觉开关203处于闭合状态时，模式控制模块输出停止继续伸出的指令，当开关量信号检测模块检测到触觉开关203处于断开状态时，模式控制模块则输出允许继续伸出的指令。
模式控制模块根据接收开关量信号检测模块的控制信号，选择向运动机构控制模块输出是否允许继续伸出的指令；
如图2所示，减振反馈机构102包括半球型弹性护套201、缓冲弹簧302、触觉开关203，减振反馈机构102的半球型弹性护套201固定在运动机构101的底端；缓冲弹簧302一端与半球型弹性护套201内壁固定，缓冲弹簧302的另一端向运动机构一侧自由伸出；触觉开关203为常开触点开关，触觉开关203固定在运动机构的底端端面，触觉开关203的引出导线与开关量信号检测模块的检测接口相连，开关量信号检测模块的输出端与模式控制模块的输入端数据线连接，模式控制模块的输出端与运动机构控制模块的模式控制指令输入接口数据线连接。
工作过程
当机器人行走时，首先通过运动机构控制模块的预定指令输入接口输入驱动运动机构运动指令，在机器人的运动机构伸出过程中，当任意一个运动机构101的减振反馈机构102接触到地面时，受到机器人自身重力的作用，使半球型弹性护套201向内压缩，进而使缓冲弹簧302的自由端开启触觉开关203；此时开关量信号检测模块检测到触觉开关203处于闭合状态，开关量信号检测模块控制模式控制模块向运动机构控制模块输出停止继续伸出的指令；避免运动机构101由于地面不平继续向外伸出而使机器人产生颠簸；当机器人的运动机构抬起后，减振反馈机构102脱离地面，半球型弹性护套201回弹使缓冲弹簧302的自由端脱离并关闭触觉开关203；此时开关量信号检测模块检测到触觉开关203处于断开状态，开关量信号检测模块控制模式控制模块向运动机构控制模块输出允许继续伸出的指令，机器人的运动机构在未接触地面前，可按照运动指令做出伸出运动。

Claims (3)

1.一种基于并联六自由度机构的减振足式机器人，其特征是：包括机器人本体、连接在机器人本体下部的运动机构、减振反馈机构、运动机构控制模块、开关量信号检测模块、模式控制模块；
运动机构控制模块具有运动指令输入接口和模式控制指令输入接口，运动机构控制模块根据运动指令输入接口和模式控制指令输入接口输入的指令向运动机构发送运动信号，驱动运动机构运动；
开关量信号检测模块实时检测触觉开关的开关状态，并控制模式控制模块的信号输出，当开关量信号检测模块检测到触觉开关处于闭合状态时，模式控制模块输出停止继续伸出的指令，当开关量信号检测模块检测到触觉开关处于断开状态时，模式控制模块则输出允许继续伸出的指令；
模式控制模块根据接收开关量信号检测模块的控制信号，选择向运动机构控制模块输出是否允许继续伸出的指令；
减振反馈机构包括半球型弹性护套、触头、触觉开关，减振反馈机构的半球型弹性护套固定在运动机构的底端；触头一端与半球型弹性护套内壁固定，触头的另一端向运动机构一侧自由伸出；触觉开关为常开触点开关，触觉开关固定在运动机构的底端端面，触觉开关的引出导线与开关量信号检测模块的检测接口相连，开关量信号检测模块的输出端与模式控制模块的输入端数据线连接，模式控制模块的输出端与运动机构控制模块的模式控制指令输入接口数据线连接。
2.如权利要求1所述的一种基于并联六自由度机构的减振足式机器人，其特征是：所述运动机构采用并联六自由度的运动机构。
3.如权利要求1所述的一种基于并联六自由度机构的减振足式机器人，其特征是：所述触头优选为缓冲弹簧。
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