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原文传递单轴驱动的四足全方位攀爬机器人及其控制方法

专利名称：	单轴驱动的四足全方位攀爬机器人及其控制方法
摘要：	本发明提供一种单轴驱动的四足全方位攀爬机器人，其包括驱动装置、吸附装置、可伸缩腿装置、机箱及转向装置。机箱固定在驱动装置上，驱动装置两端各连接一个转向装置，转向装置通过螺栓固定在可伸缩腿装置上，可伸缩腿装置末端与吸附装置连接。驱动装置用于带动本体支架进行移动，吸附装置提供约束四足自由移动的摩擦力，可伸缩式四腿装置可实现越障功能，配合由微型轴承构成的转向装置可实现整体的转向运动。该机器人与传统四足机器人相比，在光滑表面运动时仅仅需要一个主动自由度就能够在平面上任意方向以任意速度移动。本发明解决了能源利用率低、机器本体质量过重、灵活度差、越障性能差等问题。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	河北;13
申请人：	燕山大学
发明人：	许允斗;姜泽;鞠忠金;李永杰;聂升龙;赵永生;姚建涛
专利状态：	有效
申请日期：	2019-08-30T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-19T00:00:00+0800
申请号：	CN201910817639.1
公开号：	CN110466637A
代理机构：	北京孚睿湾知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	孙建
分类号：	B62D57/024(2006.01);B;B62;B62D;B62D57
申请人地址：	066004 河北省秦皇岛市海港区河北大街西段438号
主权项：	1.一种单轴驱动的四足全方位攀爬机器人，其包括驱动装置、转向装置、可伸缩腿装置、吸附装置和机箱，其特征在于：所述驱动装置包括电动推杆、稳定连接件和电机套筒，所述电动推杆与所述电机套筒同轴线配合组成移动副以构成单轴驱动，所述稳定连接件包括第一稳定连接件和第二稳定连接件，分别固定于所述电机套筒的两端，所述第一稳定连接件和所述第二稳定连接件分别与所述机箱的两端底部相连；所述转向装置包括轴承底座和与所述轴承底座能转动连接的转向连接件，所述驱动装置的两端分别与所述转向连接件同轴线相连，所述转向连接件为L型筒件，所述轴承底座与所述可伸缩腿装置固连；所述可伸缩腿装置包括机体支架、辅助电推杆和电机套，所述机体支架的两端分别垂直连接所述辅助电推杆，所述辅助电推杆与所述电机套固连，所述电机套与所述吸附装置相连；所述吸附装置包括菱形轴承、吸附连接件和电磁铁，所述菱形轴承与所述吸附连接件的上表面相连，所述电磁铁与所述吸附连接件的下表面相连；所述机箱安装有电源、单片机、电磁继电器、电机驱动模块和电源控制模块，所述电源控制模块的数量为三个，分别为所述单片机、所述电机驱动模块和所述电磁继电器提供不同的所需电压，所述单片机通过分别与所述电磁继电器和所述电机驱动模块连接以输出工作指令，以及所述可伸缩腿装置与所述轴承底座的数量均为两个，所述辅助电推杆的数量为四个，包括第一辅助电推杆、第二辅助电推杆、第三辅助电推杆和第四辅助电推杆，各辅助电推杆间相互平行设置，作为机器人的四足，通过控制各辅助电推杆的伸长量，能实现移动、转动及攀爬。 2.根据权利要求1所述单轴驱动的四足全方位攀爬机器人，其特征在于：所述电机驱动模块包括第一电机驱动模块、第二电机驱动模块和第三电机驱动模块，所述第一电机驱动模块中的M1引脚驱动所述电动推杆，所述第二电机驱动模块中的M1和M2引脚分别控制所述第一辅助电推杆和所述第二辅助电推杆，所述第三电机驱动模块中的M1和M2引脚分别控制所述第三辅助电推杆和所述第四辅助电推杆。 3.根据权利要求1所述单轴驱动的四足全方位攀爬机器人，其特征在于：所述电磁继电器包括第一电磁继电器开关、第二电磁继电器开关、第三电磁继电器开关和第四电磁继电器开关，所述电磁铁包括第一电磁铁、第二电磁铁、第三电磁铁和第四电磁铁，各电磁铁的侧面均设有电线，所述电磁继电器的I/O口分别与所述电磁铁的电线一一对应相连，以控制所述电磁铁的得电与断电；所述机体支架上设有防脱落安全环，所述电源安装在电源槽内，通过防脱落栏实现固定。 4.根据权利要求3所述单轴驱动的四足全方位攀爬机器人，其特征在于：所述单片机通过控制所述电机驱动模块，能改变所述电推杆和所述辅助电推杆的工作状态，从而实现所述驱动装置和所述可伸缩腿装置的协调配合；所述单片机通过控制所述电磁继电器，能改变所述电磁铁的通断电模式，进而改变所述吸附装置的工作状态；同时结合所述转向装置实现机器人的旋转、移动及越障，驱动数量少，控制简便。 5.一种根据权利要求1所述单轴驱动的四足全方位攀爬机器人的控制方法，其特征在于：其包括以下步骤： S1、由所述单片机控制，使所述辅助电推杆均处于伸长状态且所述吸附装置均吸附在工作平面，在此状态下，机器人能进行转向运动； S2、通过改变所述第一电磁铁为断电状态，使与所述第一辅助电推杆相连的吸附装置脱离工作平面，通过改变所述第一电磁继电器开关为常开状态，使所述第一辅助电推杆收缩； S3、保持其它电磁继电器和电磁铁的状态不变，使所述电推杆伸长，机器人第一侧的可伸缩腿装置实现顺时针旋转； S4、通过改变所述第一电磁继电器开关为常闭状态，使所述第一辅助电推杆伸长，通过改变所述第一电磁铁为通电状态，使与所述第一辅助电推杆相连的吸附装置吸附在工作平面上； S5、通过改变所述第四电磁铁为断电状态，使与所述第四辅助电推杆相连的吸附装置脱离工作平面，通过改变所述第四电磁继电器开关为常开状态，使所述第四辅助电推杆收缩； S6、保持其它电磁继电器和电磁铁的状态不变，使所述电推杆收缩，机器人第二侧的可伸缩腿装置实现顺时针旋转； S7、通过改变所述第四电磁继电器开关为常闭状态，使所述第四辅助电推杆伸长，通过改变所述第四电磁铁为通电状态，使与所述第四辅助电推杆相连的吸附装置吸附在工作平面上。 6.根据权利要求5所述单轴驱动的四足全方位攀爬机器人的控制方法，其特征在于：机器人顺时针旋转的最大角度为α顺为：在旋转过程中，机器人整体前进的距离为L顺为：其中，机体的原始长度为l，机体的宽度为d，驱动机构电动推杆的伸长量为lex。
所属类别：	发明专利