CN106378776A - 手足一体化机器人的操控方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种手足一体化机器人的操控方法和装置。通过多个总体参数将移动平台以及机械臂执行装配，形成一体化结构；将一体化结构通过预设的气动驱动电路执行操控。该方法解决了传统机器人结构不紧凑，不能灵活的通过狭窄的非结构化空间，移动时负载较多，影响了机器人的续航能力，任务类型单一的问题，能够实现高机动性及全地形适应性以便适应于不同的任务环境；具有仿人类式机械手臂，使其可以完成不同的任务要求；此外，紧凑的手足一体化设计，可以让机器人可以在非结构化的狭窄环境中低功耗、灵活运动。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种手足一体化机器人的操控方法和装置。
背景技术
移动机器人“Mobipulator”车轮与机械手的一体化设计是一体化设计的雏形。“Uni-Rover”的子模块有应用这种思想，然而机械设计较为简单，机械外形主要为一个轮子与一个可操纵机构复合。国际上，“The integrated design of manipulation andcombination”的设计理念主要在2009年IEEE国际会议论文IROS中有提及。(ShintaroMizunuma,Kazuhiro Motomura&Shigeo Hirose.Development of the Arm-Wheel HybridRobot“Souki-II”(Total System Design and Basic Components),St.Louis,USA:The2009IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems,2009)，手臂轮混合机器人“Souki-II”是这种设计理念的体现。然而，其设计难度大，因为机械臂与轮体的比例问题，机械臂负载十分小，容易使得机器人主体倾覆。之后，也一直没有人想到更好的设计来解决这个问题。在此之后的研究，还有“RLMA”的研究[2]([2]YugangLiu&Guangjun Liu，Mobile Manipulation Using Tracks of a Tracked Mobile Robot,St.Louis,USA:The 2009IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robotsand Systems,2009)。一个自重构履带式移动机器人“RLMA”具有多地形适应性，机器人“RLMA”是能够穿越障碍，适合于非结构化环境，且可以完成三种简单操纵模式。但是一体化程度仍不理想，并且履带式移动机构对于室内环境的实用性并不突出，而且增加了移动的负载。
发明内容
鉴于此，有必要针对传统技术存在的问题，提供了一种手足一体化机器人的操控方法和装置，解决了传统机器人结构不紧凑，不能灵活的通过狭窄的非结构化空间，移动时负载较多，影响了机器人的续航能力，任务类型单一的问题，能够实现高机动性及全地形适应性以便适应于不同的任务环境；具有仿人类式机械手臂，使其可以完成不同的任务要求；此外，紧凑的手足一体化设计，可以让机器人可以在非结构化的狭窄环境中低功耗、灵活运动。
为达到发明目的，提供一种手足一体化机器人的操控方法，所述方法包括：通过多个总体参数将移动平台以及机械臂执行装配，形成一体化结构；将所述一体化结构通过预设的气动驱动电路执行操控。
在其中一个实施例中，所述多个总体参数包括：所述手足一体化机器人的质量、体积以及整体功率。
在其中一个实施例中，所述移动平台采用四个呈正方形排列的全向轮步进电机机构。
在其中一个实施例中，所述机械臂包括末端机械手、基座、大臂、小臂以及手腕五个部分。
在其中一个实施例中，所述大臂与所述基座间之间的运动形式为仰俯运动；所述基座自身的运动形式为旋转运动；所述大臂与所述小臂之间的运动形式为仰俯运动；所述手腕的腕部与所述小臂之间的运动形式为仰俯运动；所述手腕的腕部自身的运动形式为旋转运动。
在其中一个实施例中，所述机械臂以六自由度手臂结构形式执行操作，所述机械臂通过舵机驱动实现控制操作。
在其中一个实施例中，所述气动驱动电路包括：真空隔膜泵、微型开关阀、气动回路和吸盘；所述真空隔膜泵，用于产生气动回路中的负压；所述微型开关阀，用于消除气动回路中的负压；所述吸盘由压力传感器以及触觉传感器组成，所述压力传感器，用于检测气动回路中的负压值；所述触觉传感器，用于检测吸盘与壁面的接触状态。
在其中一个实施例中，所述气动驱动电路，用于通过所述真空隔膜泵以及所述微型开关阀产生真空泵和开关阀的驱动信号，控制两吸盘足的吸附和释放操作。
在其中一个实施例中，所述将所述一体化结构通过预设的气动驱动电路执行操控包括：通过预设的所述气动驱动电路执行多种模式操控，其中，所述多种模式包括：足直立态、轮足直立态、全向移动态以及挪动横行态。
基于同一发明构思的一种手足一体化机器人的操控装置，所述装置包括：一体化装配模块，用于通过多个总体参数将移动平台以及机械臂执行装配，形成一体化结构；操控模块，用于将所述一体化结构通过预设的气动驱动电路执行操控。
本发明提供的一种手足一体化机器人的操控方法和装置。通过多个总体参数将移动平台以及机械臂执行装配，形成一体化结构；将一体化结构通过预设的气动驱动电路执行操控。该方法解决了传统机器人结构不紧凑，不能灵活的通过狭窄的非结构化空间，移动时负载较多，影响了机器人的续航能力，任务类型单一的问题，能够实现高机动性及全地形适应性以便适应于不同的任务环境；具有仿人类式机械手臂，使其可以完成不同的任务要求；此外，紧凑的手足一体化设计，可以让机器人可以在非结构化的狭窄环境中低功耗、灵活运动。
附图说明
图1为本发明一个实施例中的一种手足一体化机器人的操控方法的步骤流程图；以及
图2为本发明一个实施例中的一种手足一体化机器人的操控装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明手足一体化机器人的操控方法和装置进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，为一个实施例中的一种手足一体化机器人的操控方法的步骤流程图。具体包括以下步骤：
步骤102，通过多个总体参数将移动平台以及机械臂执行装配，形成一体化结构。
本实施例中，多个总体参数包括：手足一体化机器人的质量、体积以及整体功率；移动平台采用四个呈正方形排列的全向轮步进电机机构，其呈正方形分布的全向轮可以赋予平台优越的移动能力，包括：零度角转弯，任意方向行进等。
进一步地，机械臂包括末端机械手、基座、大臂、小臂以及手腕五个部分。其中，大臂与基座间之间的运动形式为仰俯运动；基座自身的运动形式为旋转运动；大臂与小臂之间的运动形式为仰俯运动；手腕的腕部与小臂之间的运动形式为仰俯运动；手腕的腕部自身的运动形式为旋转运动。
更进一步地，机械臂以六自由度手臂结构形式执行操作，机械臂通过舵机驱动实现控制操作。
步骤104，将一体化结构通过预设的气动驱动电路执行操控。
本实施例中，气动驱动电路包括：真空隔膜泵、微型开关阀、气动回路和吸盘；其中，真空隔膜泵用于产生气动回路中的负压；微型开关阀用于消除气动回路中的负压；吸盘由压力传感器以及触觉传感器组成，压力传感器用于检测气动回路中的负压值；触觉传感器用于检测吸盘与壁面的接触状态。
进一步地，气动驱动电路用于通过真空隔膜泵以及微型开关阀产生真空泵和开关阀的驱动信号，控制两吸盘足的吸附和释放操作。
更进一步地，述将一体化结构通过预设的气动驱动电路执行操控包括：通过预设的气动驱动电路执行多种模式操控，其中，多种模式包括：足直立态、轮足直立态、全向移动态以及挪动横行态。
具体的，在足直立态的模式下，在吸盘足蝙蝠上，得到启发，引入吸盘足蝙蝠，选用吸盘，可以让外界气压差为机器人提供抓地力，行走时候稳定性增强；在轮足直立态的模式下，将主动轮与机械臂结合，从而实现手足一体化机器人可变形为轮足直立态；在全向移动态的模式下，平台采用的主要运动组建为四个呈正方形排列的全向轮-步进电机机构，呈正方形分布的全向轮可以赋予平台优越的移动能力，包括：零度角转弯，任意方向行进等。配备的步进电机配合单片机中的程序可以对平台在三维空间中的位置进行建模，通过标定每个单独的平台在空间中的相对位置，可以一定程度上避免碰撞；在挪动横行态的模式下，挪动横行态主要为手足一体化机器人微调节位置而进行选用的。
本发明提供的一种手足一体化机器人的操控方法。通过多个总体参数将移动平台以及机械臂执行装配，形成一体化结构；将一体化结构通过预设的气动驱动电路执行操控。该方法解决了传统机器人结构不紧凑，不能灵活的通过狭窄的非结构化空间，移动时负载较多，影响了机器人的续航能力，任务类型单一的问题，能够实现高机动性及全地形适应性以便适应于不同的任务环境；具有仿人类式机械手臂，使其可以完成不同的任务要求；此外，紧凑的手足一体化设计，可以让机器人可以在非结构化的狭窄环境中低功耗、灵活运动。
基于同一发明构思，还提供了一种手足一体化机器人的操控装置，由于此装置解决问题的原理与前述一种手足一体化机器人的操控方法相似，因此，该装置的实施可以按照前述方法的具体步骤实现，重复之处不再赘述。
如图2所示，为一个实施例中的一种手足一体化机器人的操控装置的结构示意图。该手足一体化机器人的操控装置10包括：一体化装配模块200以及操控模块400。
其中，一体化装配模块200用于通过多个总体参数将移动平台以及机械臂执行装配，形成一体化结构；操控模块400用于将一体化结构通过预设的气动驱动电路执行操控。
本发明提供的一种手足一体化机器人的操控装置。通过一体化装配模块200通过多个总体参数将移动平台以及机械臂执行装配，形成一体化结构；再通过操控模块400将一体化结构通过预设的气动驱动电路执行操控。该装置解决了传统机器人结构不紧凑，不能灵活的通过狭窄的非结构化空间，移动时负载较多，影响了机器人的续航能力，任务类型单一的问题，能够实现高机动性及全地形适应性以便适应于不同的任务环境；具有仿人类式机械手臂，使其可以完成不同的任务要求；此外，紧凑的手足一体化设计，可以让机器人可以在非结构化的狭窄环境中低功耗、灵活运动。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种手足一体化机器人的操控方法，其特征在于，所述方法包括：
通过多个总体参数将移动平台以及机械臂执行装配，形成一体化结构；
将所述一体化结构通过预设的气动驱动电路执行操控。
2.根据权利要求1所述的手足一体化机器人的操控方法，其特征在于，所述多个总体参数包括：所述手足一体化机器人的质量、体积以及整体功率。
3.根据权利要求1所述的手足一体化机器人的操控方法，其特征在于，所述移动平台采用四个呈正方形排列的全向轮步进电机机构。
4.根据权利要求1所述的手足一体化机器人的操控方法，其特征在于，所述机械臂包括末端机械手、基座、大臂、小臂以及手腕五个部分。
5.根据权利要求4所述的手足一体化机器人的操控方法，其特征在于，
所述大臂与所述基座间之间的运动形式为仰俯运动；
所述基座自身的运动形式为旋转运动；
所述大臂与所述小臂之间的运动形式为仰俯运动；
所述手腕的腕部与所述小臂之间的运动形式为仰俯运动；
所述手腕的腕部自身的运动形式为旋转运动。
6.根据权利要求1所述的手足一体化机器人的操控方法，其特征在于，所述机械臂以六自由度手臂结构形式执行操作，所述机械臂通过舵机驱动实现控制操作。
7.根据权利要求1所述的手足一体化机器人的操控方法，其特征在于，所述气动驱动电路包括：真空隔膜泵、微型开关阀、气动回路和吸盘；
所述真空隔膜泵，用于产生气动回路中的负压；
所述微型开关阀，用于消除气动回路中的负压；
所述吸盘由压力传感器以及触觉传感器组成，所述压力传感器，用于检测气动回路中的负压值；
所述触觉传感器，用于检测吸盘与壁面的接触状态。
8.根据权利要求7所述的手足一体化机器人的操控方法，其特征在于，所述气动驱动电路，用于通过所述真空隔膜泵以及所述微型开关阀产生真空泵和开关阀的驱动信号，控制两吸盘足的吸附和释放操作。
9.根据权利要求1所述的手足一体化机器人的操控方法，其特征在于，所述将所述一体化结构通过预设的气动驱动电路执行操控包括：通过预设的所述气动驱动电路执行多种模式操控，其中，所述多种模式包括：足直立态、轮足直立态、全向移动态以及挪动横行态。
10.一种手足一体化机器人的操控装置，其特征在于，所述装置包括：
一体化装配模块，用于通过多个总体参数将移动平台以及机械臂执行装配，形成一体化结构；
操控模块，用于将所述一体化结构通过预设的气动驱动电路执行操控。
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