技术领域
[0001] 本发明属于移动机器人技术领域，具体涉及一种基于并联机构的三平台型六腿四足移动机器人。
相关背景技术
[0002] 地下空间的开发再利用是人类对自然资源利用的重要体现。面向年久失修的地下防空洞、废弃的事故矿井等人类不宜进入或无法进入的危险复杂地下空间，其地形狭窄、低矮、弯道多，且有台阶和障碍物等特征。因此，面对复杂多变的地形环境，就需要设计的移动机器人具有变化的姿态，使其可以适应台阶、弯道、障碍物、狭窄空间等多种地形环境。
[0003] 并联机构具有刚度大、稳定性好、承载能力强等优势，基于并联机构的移动机器人已经成为移动机器人领域的一个重要分支。目前已有的并联式移动机器人大多将并联机构作为腿机构，例如北理哪吒、上海青骓等，这类移动机器人虽然继承了并联机构的优势，但结构杆件多，驱动系统复杂，使得移动越障性能受限。本发明提出一种以并联机构为机身的六腿四足移动机器人，旨在提升移动机器人对复杂地形环境的适应性和灵活性。
具体实施方式
[0027] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单说明，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028] 参照图1所示，一种基于并联机构的三平台型六腿四足移动机器人，包括上、中、下3个平台、第一至第六6条支链腿和左前、左后、右前、右后4个轮足；上平台1、中平台2和下平台3之间通过支链腿连接构成并联机构，下平台3与前轮支架3.1固定连接，前轮支架3.1分别连接左前轮足10和右前轮足11，左前轮足10和右前轮足11与下平台3没有相对位姿变化，连接于中平台2上的第五支链腿UP‑I8和第六支链腿UP‑II9分别连接左后轮足12和右后轮足13，左前、左后、右前、右后轮足均为自驱动轮。通过控制并联机构中支链腿的位姿来改变机器人的形态，从而适应台阶、狭窄弯道以及低矮洞穴等各种危险复杂的地下空间地形环境。
[0029] 上平台1和中平台2为全等的等边三角形；下平台3也是等边三角形，下平台3的边长为上平台1和中平台2边长的三分之一。
[0030] 第一支链腿UPU‑I4和第二支链腿UPU‑II5是“虎克铰‑移动副‑虎克铰”结构，第一支链腿UPU‑I4和第二支链腿UPU‑II5的移动副可以是电动推杆；第三支链腿UPS‑I6和第四支链腿UPS‑II7是“虎克铰‑移动副‑球副”结构，第三支链腿UPS‑I6和第四支链腿UPS‑II7的移动副可以是电动推杆；第五支链腿UP‑I8和第六支链腿UP‑II9是“虎克铰‑移动副”结构；第五支链腿UP‑I8和第六支链腿UP‑II9的移动副可以是电动推杆。
[0031] 第一支链腿UPU‑I4和第二支链腿UPU‑II5两端的虎克铰分别连接于上平台1和下平台3的顶角处；第三支链腿UPS‑I6的虎克铰连接于中平台2的几何中心处、球副连接于上平台1的顶角处；第四支链腿UPS‑II7的虎克铰连接于中平台2的顶角处、球副连接于下平台3的顶角处；第五支链腿UP‑I8和第六支链腿UP‑II9的虎克铰分别连接于中平台2的两个顶角处，第五支链腿UP‑I8和第六支链腿UP‑II9的移动副的下端头分别安装左后轮足12和右后轮足13。
[0032] 第一支链腿UPU‑I4、第二支链腿UPU‑II5、第三支链腿UPS‑I6、第四支链腿UPS‑II7、第五支链腿UP‑I8和第六支链腿UP‑II9的移动副连接有驱动，第五支链腿UP‑I8和第六支链腿UP‑II9的虎克铰的双向转动均连接有驱动。
[0033] 三平台型六腿四足移动机器人整体通过加装于四个轮足的驱动，控制机器人向前和向后运动；通过第一支链腿UPU‑I4、第二支链腿UPU‑II5、第三支链腿UPS‑I6、第四支链腿UPS‑II7、第五支链腿UP‑I8、第六支链腿UP‑II9的移动副驱动调整整个机器人的形态；利用快速反射镜系统，控制第五支链腿UP‑I8、第六支链腿UP‑II9中的虎克铰的驱动电机实现两个自由度的转动控制，从而改变两条后腿的形态。
[0034] 图1所示为三平台型六腿四足移动机器人的初始状态，也为三平台型六腿四足移动机器人在硬质地面上移动时的形态，此状态下三平台型六腿四足移动机器人可以沿着直线路径正常移动。
[0035] (1)三平台型六腿四足移动机器人上台阶过程
[0036] 步骤一，参照图1和图2所示，当三平台型六腿四足移动机器人上台阶时，第一支链腿UPU‑I4、第二支链腿UPU‑II5、第三支链腿UPS‑I6、第四支链腿UPS‑II7与上平台1、中平台2和下平台3形成并联闭环，通过调整第一支链腿UPU‑I4、第二支链腿UPU‑II5、第三支链腿UPS‑I6、第四支链腿UPS‑II7的长度和上平台1、下平台3的位姿将左前轮足10抬高到台阶对应的高度。左前轮足10的抬高高度可以根据高度要求进行调整。
[0037] 步骤二，在左前轮足10已经登上台阶后，上述步骤一中的并联闭环机构经过位姿调整控制右前轮足11进行移动，使其运动至图3所示的位置，待稳定后三平台型六腿四足移动机器人整体向前移动一段距离，保证第五支链腿UP‑I8和第六支链腿UP‑II9移动到靠近台阶的位置。
[0038] 值得注意的是：上述步骤一和步骤二可以有另外的攀登模式，先将右前轮足11登上台阶，再将左前轮足10登上台阶。当遇到需要连续攀爬的台阶时，步骤二中当左前轮足10和右前轮足11都在台阶上后无需整体向前移动，此时上平台1和第一支链腿UPU‑I4、第二支链腿UPU‑II5以及前轮支架3.1的位置保持不动，调整第三支链腿UPS‑I6、第四支链腿UPS‑II7和中平台2，使三平台型六腿四足移动机器人部分向前移动，同样需要保证第五支链腿UP‑I8、第六支链腿UP‑II9移动到靠近台阶的位置。
[0039] 根据单个台阶横向距离长短，左前轮足10、右前轮足11可以继续向上攀登。
[0040] 步骤三，参照图4所示，左前轮足10和右前轮足11稳定后，调整左后轮足12、右后轮足13的位置，使得三平台型六腿四足移动机器人可以在左前轮足10、右前轮足11、右后轮足13三条足部支撑的情况下保持稳定。控制第五支链腿UP‑I8的虎克铰使得左后轮足12登上台阶。
[0041] 步骤四，参照图5所示，控制第六支链腿UP‑II9的虎克铰使得右后轮足13登上台阶，此时三平台型六腿四足移动机器人由左前轮足10、右前轮足11、左后轮足12支撑。
[0042] 步骤五，调整左后轮足12、右后轮足13的位置使其到达图6所示的姿态。
[0043] 值得注意的是：上述步骤三和步骤四中可以先调整右后轮足13使其登上台阶，然后再调整左后轮足12使其登上台阶，两者顺序不受影响。
[0044] (2)三平台型六腿四足移动机器人跨越障碍物的过程
[0045] 当三平台型六腿四足移动机器人在崎岖地形中搬运重物时，尤其是需要跨越障碍物时，可能会由于载物平台的倾斜导致搬运的重物掉落。本发明通过机器人位姿调整可以保证载物平台的稳定性。参照图7所示，当左后轮足12需要越过凸起障碍物时，调整第五支链腿UP‑I8的移动副可以使其平稳的越过障碍物，右后轮足13的越障情况与左后轮足12相同。
[0046] 当前轮遇到凸起障碍物时，参照图8所示，只需按“上台阶”过程的步骤一调整，控制并联闭环位姿，只将左前轮足10抬高，此时也可以保证载物平台的平稳性。右前轮足11的越障情况与左前轮足10相同。
[0047] (3)三平台型六腿四足移动机器人在狭小空间中灵活转弯
[0048] 地下空间往往空间狭小且蜿蜒曲折，需要三平台型六腿四足移动机器人具有灵活转弯能力。参照图9所示，当遇到弯路需要转弯时，第三支链腿UPS‑I6和第四支链腿UPS‑II7为“虎克铰‑移动副‑球副”，通过对两个驱动前轮的转速进行差异化控制，实现两个支链腿的位置调整，从而可以改变前文“上台阶”过程的步骤一中并联闭环的整体朝向，从而实现三平台型六腿四足移动机器人的灵活转弯。
[0049] (4)三平台型六腿四足移动机器人通过地下类圆形洞穴的过程
[0050] 地下类圆形洞穴是地下空间的常见形式。本发明可以在类圆形洞穴环境中快速平稳的移动，参照图10所示的三平台型六腿四足移动机器人的形态，左前轮足10、右前轮足11与洞穴底部接触，第五支链腿UP‑I8、第六支链腿UP‑II9向洞穴两侧张开，保证左后轮足12、右后轮足13与洞穴壁接触，此时三平台型六腿四足移动机器人支撑稳定可以快速通过地下洞穴。当在洞穴中遇到障碍物时参照登台阶、跨越障碍的模式进行，第五支链腿UP‑I8、第六支链腿UP‑II9可以根据所处环境调整外倾角度，保证三平台型六腿四足移动机器人的稳定。
[0051] (5)三平台型六腿四足移动机器人通过地下低矮空间的过程
[0052] 狭窄低矮是地下空间的典型特征之一。本发明可以通过六条支链腿的延展变形将三平台型六腿四足移动机器人整机高度降低，从而通过低矮空间。参照图11所示，参照“上台阶”中步骤一的并联闭环进行位姿调整，将两个前轮足向前伸，降低上平台1与中平台2之间的垂直距离，将第五支链腿UP‑I8、第六支链腿UP‑II9向两侧外倾，保证三平台型六腿四足移动机器人平稳，此时可通过低矮且宽度足够的地下空间。另外三平台型六腿四足移动机器人还可以变形为另外一种模式通过低矮且宽度较窄的空间，参照图12所示，第五支链腿UP‑I8、第六支链腿UP‑II9向后延伸，同时保证三平台型六腿四足移动机器人平稳。
[0053] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本发明中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的思想或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本发明所示的这些实施例，而是要符合与本发明所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
