CN111791221A - 一种蛇形机器人的翻倒自恢复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种蛇形机器人的翻倒自恢复方法,所述蛇形机器人包括依次连接的蛇头履带结构、关节结构和蛇尾履带结构,在蛇头履带结构的上方设置有传感器模块,其翻倒自恢复方法通过三轴加速度传感器判断是否翻倒,进一步的判断左翻或右翻,通过关节结构调整蛇形机器人的重心向右或向左,进行右翻扶正或左翻扶正,控制蛇形机器人继续运行。本方法使得机器人可发挥自身的越障、攀爬、翻倒自恢复功能到达矿山深处,探测井下事故破坏后的环境和人员情况,并利用无线通信手段将信息实时反馈到控制中心,辅助指挥人员进行紧急决策。对于进一步实现全矿自动、科学化、网络化管理具有十分重要的意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于履带传动和关节控制的移动式机器人的控制方法,尤其是涉及一种蛇形机器人的翻倒自恢复方法。
背景技术
机器人在当今社会的应用越来越普遍,从大众商场的服务台机器人,到特种专业的运送物资机器人,人们希望通过机器人来代替人完成重复简单的工作。机器人行业的发展向越来越快速与先进,随着实际要求的不断增多,机器人所能实现的功能越来越丰富,其与真正人类相类似的结构也越来越完善。但意外翻倒问题仍然是目前机器人行业需要解决的重点问题。正常情况下,机器人可完成相应功能,而一旦意外翻倒,许多机器人则因缺少自扶正的能力,导致功能失效。
发明内容
本发明提供了一种蛇形机器人的翻倒自恢复方法,适用于基于履带和关节控制的纵向三段式移动机器人,用于解决机器人翻倒情况下的自我恢复问题,其技术方案如下所述:
一种蛇形机器人的翻倒自恢复方法,所述蛇形机器人包括依次连接的蛇头履带结构、关节结构和蛇尾履带结构,在蛇头履带结构的上方设置有传感器模块,其翻倒自恢复方法包括下列步骤:
S1:通过三轴加速度传感器获取机器人姿态;
S2:三轴加速度传感器发送数据至主控板;
S3:主控板对数据识别及处理,判断目前位置;
S4:如果判断没有翻倒,则返回步骤S1,继续获取机器人姿态;如果判断翻倒,则判断左翻还是右翻;
S5:判断左翻时,通过关节结构调整蛇形机器人的重心向右,进行右翻扶正;
S6:判断右翻时,通过关节结构调整蛇形机器人的重心向左,进行左翻扶正;
S7:主控板控制蛇形机器人继续运行。
其中,步骤S1中,对三轴加速度传感器设定获取姿态数据的间隔时间,所述间隔时间设定为10~20秒,在步骤S4中,判断翻倒的情况下,三轴加速度传感器处于一直工作状态。
所述三轴加速度传感器安装在主控板上,或者在蛇头履带结构、蛇尾履带结构各安装一个三轴加速度传感器。
第一关节能够控制蛇头履带结构实现左右摆动,第二关节能够控制蛇头履带结构实现上下摆动,第三关节能够控制蛇尾履带结构实现上下摆动,第四关节能够控制蛇尾履带结构实现左右摆动;步骤S5或步骤S6中,根据三轴加速度传感器判断蛇形机器人为左翻或右翻状态后,识别关节结构的四个关节位置,通过对四个关节的调整,进而调整蛇头履带结构以及蛇尾履带结构的位置,控制蛇形机器人的重心偏移,实现蛇形机器人右翻扶正或左翻扶正。
进一步的,步骤S5中,蛇形机器人为直行状态的左翻时,右翻扶正包括下列步骤:
2)调整第二关节,带动第一关节和蛇头履带结构向上旋转,旋转角度为60度-120度;
2)调整第四关节,控制蛇尾履带结构向右侧旋转,旋转20度-45度角,此时关节结构的左侧面接触地面;
3)调整第一关节,控制蛇头履带结构向右侧旋转,旋转角度为90度;
4)继续调整第一关节,控制蛇头履带结构向右侧旋转,使得蛇形机器人的重心向右偏移,此时蛇头履带结构带动蛇形机器人右翻,扶正机器人;
5)向左调整第一关节,控制蛇形机器人摆正,使得关节结构处的轮子着地;
6)调整第四关节,使蛇尾履带结构向左侧旋转,控制蛇尾履带结构回复到和关节结构同一直线;
7)调整第二关节,向下旋转45度-80度,使蛇头履带结构的履带朝向地面;
8)调整第一关节,使蛇头履带结构向左侧旋转,控制蛇头履带结构回复到和关节结构同一直线;
9)调整第二关节向下旋转,使得蛇头履带结构着地。
此外,通过调整第一、三、四关节,使得蛇形机器人的重心向右偏移,蛇尾履带结构带动蛇形机器人右翻。
进一步的,步骤S6中,蛇形机器人为直行状态的右翻时,左翻扶正包括下列步骤:
1)调整第二关节,带动第一关节和蛇头履带结构向上旋转,旋转角度为60度-120度;
2)调整第四关节,控制蛇尾履带结构向左侧旋转,旋转20度-45度角,此时关节结构的右侧面接触地面;
3)调整第一关节,控制蛇头履带结构向左侧旋转,旋转角度为90度;
4)继续调整第一关节,控制蛇头履带结构向左侧旋转,使得蛇形机器人的重心向左偏移,此时蛇头履带结构带动蛇形机器人左翻,扶正机器人;
5)向右调整第一关节,控制蛇形机器人摆正,使得关节结构处的轮子着地;
6)调整第四关节,使蛇尾履带结构向右侧旋转,控制蛇尾履带结构回复到和关节结构同一直线;
7)调整第二关节,向下旋转45度-80度,使蛇头履带结构的履带朝向地面;
8)调整第一关节,使蛇头履带结构向右侧旋转,控制蛇头履带结构回复到和关节结构同一直线;
9)调整第二关节向下旋转,使得蛇头履带结构着地。
此外,通过调整第一、三、四关节,使得蛇形机器人的重心向左偏移,蛇尾履带结构带动蛇形机器人左翻。
蛇形机器人进行右翻扶正或左翻扶正时,通过无线向上位机发送报警信号。
蛇形机器人执行右翻扶正或左翻扶正,上位机能够通过无线进行远程控制。
本发明提供的方法,使得机器人可发挥自身的越障、攀爬、翻倒自恢复功能到达矿山深处,探测井下事故破坏后的环境和人员情况,并利用无线通信手段将信息实时反馈到控制中心,辅助指挥人员进行紧急决策。对于进一步实现全矿自动、科学化、网络化管理具有十分重要的意义。
附图说明
图1是所述蛇形机器人的翻倒自恢复方法的流程示意图;
图2是所述蛇形机器人的结构示意图;
图3是蛇头履带结构的结构示意图;
图4是蛇尾履带结构的结构示意图;
图5是关节结构的结构示意图;
图6是执行右翻的步骤1)的俯视示意图;
图7是执行右翻的步骤2)的俯视示意图;
图8是执行右翻的步骤3)的俯视示意图;
图9是执行右翻的步骤4)的俯视示意图.
具体实施方式
为保证机器人能够在松软地表、淤泥沙砾、楼梯类台阶、坚硬岩石等地形地貌环境中能够运行,蛇形机器人***装置采用履带为主动驱动方式。同时,为保证某些崎岖地形的通过性,加装辅助从动轮作为结构性支撑,增强地形适应能力。
本发明通过四个独立舵机的组合连接,整个装置在空间上可以形成多自由度,实现在三维空间内的多维转动。通过与蛇头、蛇尾履带的连接,关节结构即可以通过应用其自身转向的功能,调整机器人整体的重心,从而实现翻倒自恢复的功能。
实际实现过程中,连接在主控板上的三轴加速度传感器首先获取机器人姿态,并将数据实时发送到主控板上。主控板进行数据识别和处理,通过嵌入式程序判断目前机器人位置姿态,若检测到机器人没有翻倒,则继续进行实时监测。若监测到机器人被翻倒,则首先识别关节位置,并执行扶正指令,输出舵机控制信号,控制舵机转动相应角度,实现自主扶正,同时报警给上位机。
机器人整体为自主可控的装备,在可自主实现翻倒扶正等功能的基础上,受上位机控制,操作人员可对其进行操控。
如图2所示,所述具有纵向三段式结构的蛇形机器人包括依次连接的蛇头履带结构2、关节结构1和蛇尾履带结构3,在蛇头履带结构2的上方设置有传感器模块4。两个履带结构之间是拥有4个不同自由度的关节结构1,其设置的4个伺服关节可以相互独立转动,在三维空间中做出多种复杂动作,从而使履带适应现场的地形,使蛇形机器人拥有较强的越障能力和非结构性环境的适应能力。双履带结构前后纵向布置,并用多个伺服关节连接,履带部分和伺服关节部分布置在一条直线上,这样能使蛇形机器人***装置通过诸如管道或者类似孔洞等极其狭窄的空间,用以提高通过能力和适应性。
如图3所示,蛇头履带结构2包括蛇头履带骨架11,蛇头履带骨架11为3D打印的尼龙件,蛇头履带结构前端上方通过数据线23搭载传感器模块4,传感器模块4内设置有一氧化碳传感器、甲烷气体传感器,可见光摄像头和红外摄像头,以及温度传感器。
在蛇头履带骨架11的两端分别设置有蛇头右前侧板12、蛇头左前侧板13,蛇头右前侧板12和蛇头左前侧板13分别通过螺丝固定蛇形机器人的位于蛇头履带骨架11内的主控板和用于视频传输的无线网桥,所述主控板与无线网桥相连接,且主控板通过数据线23连接传感器模块4。
蛇头左前侧板13的后方设置有蛇头左后侧板17,蛇头左后侧板17上固定有蛇头电机固定件15,蛇头电机16通过蛇头电机固定件15与蛇头左侧板17连接,蛇头电机16的右侧通过蛇头右后侧板14罩住进行保护。
蛇头履带骨架11的前后两端分别固定有蛇头从动轮22和蛇头主动轮20,蛇头电机16通过蛇头张紧套和蛇头履带骨架11内固定的蛇头同步轮18连接,蛇头同步轮18通过蛇头同步皮带19与蛇头主动轮20连接。蛇头主动轮20连接蛇头外履带21,致使蛇头电机16转动时,通过蛇头同步皮带19传动,蛇头外履带21转动。
蛇头主动轮20的左右两侧分别设置有蛇头左关节连接板24和蛇头右关节连接板25,通过蛇头左关节连接板24和蛇头右关节连接板25与关节结构1进行固定连接。
如图4所示,蛇尾履带结构3包括蛇尾履带骨架31,履带骨架31为3D打印的尼龙件。
在蛇尾履带骨架31的两端分别设置有蛇尾右前侧板32、蛇尾左前侧板33,蛇尾右前侧板32和蛇尾左前侧板33分别通过螺丝固定蛇形机器人的蛇尾电池固定件43,所述蛇尾电池固定件43内安装有供电电池,所述供电电池用于整个机器人的电能供应。并在蛇尾左前侧板33上安装有与电池相连接的开关与充电槽。
蛇尾左前侧板33的后方设置有蛇尾左后侧板37,蛇尾左后侧板37上固定有蛇尾电机固定件35,蛇尾电机36通过蛇尾电机固定件35与蛇尾左后侧板37连接,蛇尾电机36的右侧通过蛇尾右后侧板34罩住进行保护。
蛇尾履带骨架31的前后两端分别固定有蛇尾从动轮42和蛇尾主动轮40,蛇尾电机36通过蛇尾张紧套和蛇尾履带骨架31内固定的蛇尾同步轮38连接,蛇尾同步轮38通过蛇尾同步皮带39与蛇尾主动轮40连接。蛇尾主动轮40连接蛇尾外履带41,致使蛇尾电机36转动时,通过蛇尾同步皮带39传动,蛇尾外履带41转动。
蛇尾从动轮42的左右两侧分别设置有左关节连接板和右关节连接板,通过蛇尾左关节连接板和蛇尾右关节连接板与关节结构1进行固定连接。
如图5所示,所述关节结构1包括从前至后依次布置的第一舵机51、第二舵机52、第三舵机53、第四舵机54,所述第一舵机51和第四舵机54为垂直方向放置且均正向放置;第二舵机52、第三舵机53为水平方向放置且相反放置。
第一舵机51与第二舵机52的侧面通过前连接板固定连接,即第一舵机51、第二舵机52的上方采用第一连接顶板56进行固定连接,两者下方采用第一连接底板59进行固定连接。蛇头左关节连接板24、蛇头右关节连接板25与第一舵机51的两个侧面分别固定连接。
第二舵机52、第三舵机53的左右两端分别采用第一连接侧板61和第二连接侧板58进行固定,即第二舵机52的反向与第三舵机53的正向通过第一连接侧板61固定连接,第二舵机52的正向与第三舵机53的反向通过第二连接侧板58固定连接。第二舵机52、第三舵机53之间设置有工字型支撑板55,第一连接侧板61、第二连接侧板58与工字型支撑板55通过螺纹固定连接。
第四舵机54与第三舵机53的侧面通过后连接板固定连接,即所述第三舵机53、第四舵机54的上方采用第二连接顶板57进行固定连接,下方采用第二连接底板60进行固定连接。蛇尾履带骨架的蛇尾左关节连接板和蛇尾右关节连接板与第四舵机54的两个侧面分别固定连接。
工字型支撑板55的下方固定设置有轮子骨架62,轮子骨架62上安装有轮子63。
所述舵机由电机、减速箱、电路板组成,所述电机的两端分别固定安装减速箱和电路板,所述电机包括舵机外壳、舵机转子、舵机定子、电机轴,所述舵机定子固定在舵机外壳的内部,舵机转子带有触点的一侧朝上与电机轴连接,然后将舵机转子及电机轴组合置入舵机定子内部。
所述减速机采用谐波减速机,减速机与电机轴通过平键进行连接,其包括减速机柔轮和减速机外壳,减速机柔轮嵌入在电机轴上,在电机轴缺口处放入平键,减速机柔轮外侧通过减速机外壳覆盖,减速机外壳与舵机外壳固定连接。
所述舵机转子的触点高于舵机定子的上表面,舵机定子的上表面设置有与有舵机外壳固定的电刷,电刷的触点能够接触到舵机转子的触点。
如图1所示,利用上述的蛇形机器人,可见,关节结构1设置的从前至后依次布置的第一舵机51、第二舵机52、第三舵机53、第四舵机54,形成的四个关节,具有独立的自由度,第一舵机51所在的第一关节,能够控制蛇头履带结构实现左右摆动;第二舵机52所在的第二关节,能够控制蛇头履带结构实现上下摆动;第三舵机53所在的第三关节,能够控制蛇尾履带结构实现上下摆动;第四舵机54所在的第四关节,能够控制蛇尾履带结构实现左右摆动。
其翻倒自恢复方法包括下列步骤:
S1:通过三轴加速度传感器获取机器人姿态;
S2:三轴加速度传感器发送数据至主控板;
S3:主控板对数据识别及处理,判断目前位置;
S4:如果判断没有翻倒,则返回步骤S1,继续获取机器人姿态;如果判断翻倒,则判断左翻还是右翻;
S5:判断左翻时,进行右翻扶正;
首先根据三轴加速度传感器判断蛇形机器人为左翻状态后,识别关节结构的四个关节位置;对四个关节进行调整,执行右翻扶正处理。
操作的要点在于使得蛇形机器人的重心向右偏移,同样的道理,如果蛇形机器人右翻时,则需要使得蛇形机器人的重心向左偏移。
S6:判断右翻时,进行左翻扶正;
首先根据三轴加速度传感器判断蛇形机器人为右翻状态后,识别关节结构的四个关节位置;对四个关节进行调整,执行左翻扶正处理,本实施例中,假定蛇形机器人处于直线状态的右翻,进行左翻扶正,其中实施例中的上下左右都是按照蛇形机器人在蛇头向前的正常运行状态下确定的:
1)如图6所示,调整第二关节,带动第一关节和蛇头履带结构向上旋转,旋转角度为90度;
2)如图7所示,调整第四关节,控制蛇尾履带结构向左侧旋转,旋转20度-45度角,此时关节结构的右侧面接触地面;
3)如图8所示,调整第一关节,控制蛇头履带结构向左侧旋转,旋转角度为90度;
4)如图9所示,继续调整第一关节,控制蛇头履带结构向左侧旋转,使得蛇形机器人的重心向左偏移,此时蛇头履带结构带动蛇形机器人左翻,扶正机器人;
5)向右调整第一关节,控制蛇形机器人摆正,使得关节结构处的轮子着地;
6)调整第四关节,使蛇尾履带结构向右侧旋转,控制蛇尾履带结构回复到和关节结构同一直线;
7)调整第二关节,向下旋转45度-80度,使蛇头履带结构的履带朝向地面;
8)调整第一关节,使蛇头履带结构向右侧旋转,控制蛇头履带结构回复到和关节结构同一直线;
9)调整第二关节向下旋转,使得蛇头履带结构着地。
对应的,如果调整蛇尾履带结构也可以实现:
1)调整第三关节,带动第四关节和蛇尾履带结构向上旋转,旋转角度为90度;
2)调整第一关节,控制蛇头履带结构向左侧旋转,旋转20度-45度角,此时关节结构的右侧面接触地面;
3)调整第四关节,控制蛇尾履带结构向左侧旋转,旋转角度为90度;
4)继续调整第四关节,控制蛇尾履带结构向左侧旋转,使得蛇形机器人的重心向左偏移,此时蛇尾履带结构带动蛇形机器人左翻,扶正机器人;
5)向右调整第四关节,控制蛇形机器人摆正,使得关节结构处的轮子着地;
6)调整第一关节,控制蛇头履带结构向右侧旋转,回复到和关节结构同一直线;
7)调整第三关节,向下旋转45度-80度,使蛇尾履带结构的履带朝向地面;
8)调整第四关节,使蛇尾履带结构向右侧旋转,控制蛇尾履带结构回复到和关节结构同一直线;
9)调整第三关节向下旋转,使得蛇尾履带结构着地。
S7:主控板控制蛇形机器人继续运行。
本发明中,步骤S1中,对三轴加速度传感器设定获取姿态数据的间隔时间,所述间隔时间设定为10~20秒,在步骤S4中,判断翻倒的情况下,三轴加速度传感器处于一直工作状态。
在步骤S5和步骤S6中,假定的都是蛇形机器人处于直线状态,如果蛇形机器人没有处于直线状态,则首先需要调整关节结构,根据情况判断是对应调整一、二、四关节还是一、三、四关节,从而提高操作效率。
因针对于煤矿井下救援使用,蛇形机器人***装置具有本安防爆改造设计。机器人本体具有轻量化结构设计,具有最优尺寸和重量;电路板依照本安防爆标准进行设计,增加电池限流保护板,采用胶封方式固定。
依据防爆规定要求,降低无线模块发射功率。设计电机减速传动机构,电机出轴处采用油封处理。气体传感器通气孔使用防水透气薄膜,提高机器人整体防水性。采购或定制专用防爆锂电池,在能满足使用需求的情况下,适当减少电池容量,减少电池体积和重量。
本发明采用的机器人是国内首款具有三段式超窄设计单列驱动方式的仿生机器人,双履带前后纵向布置,并用多个高扭矩伺服关节连接,履带部分和伺服关节部分排布在一条直线上,可通过最小152mm直径管道以及类似的狭窄空间。
所述机器人首款采用多自由度的蛇形机器人,4个伺服关节可以相互独立转动,智能适应地形,根据地形环境切换单列、双列、翻滚等多种行走方式。
当需要进行原地转向时,本机器人可变形为首尾双列结构,通过牺牲狭窄空间通过性,增加平地运行的稳定性和灵活性,在行走过程中翻倒,蛇形机器人***装置可自主复位。
注重生产智能化、强调生产安全性的国家政策,为蛇形机器人***装置奠定了广阔的市场基础。蛇形机器人具有国内首款单列驱动的设计理念,可根据地形切换单列、双列、翻滚等多种行走方式,具有对非结构型环境的适应性,同时首次运用多要素异构并行传感器组,构成环境识别技术,真正实现远距离视频信号传输、环境传感、图像识别及自主避障的仿生技术,在机器人应用广阔的市场环境下,对安全生产、智能应用及行业创新,均具有十分重要的意义。
除灾害事故救援外,煤炭自燃发火是我国煤矿开采过程中的主要自然灾害之一,我国煤矿中有60%的矿山在开采具有自燃倾向性的煤层。
随着开采强度的增大,矿山的不断延深和深部开拓特别是近距离煤层开采带来的问题,以及通风***的相对复杂化,使得煤层自燃危险性有明显增大的趋势。
采空区煤炭自燃发火在矿山火灾中占有很高比例。如果能将煤的自燃抑制在早期阶段,对控制预防采空区(工作面)自燃发火具有重要意义。目前对采空区内自燃发火倾向的预测主要是通过束管***抽取样气到地面,对标志气体进行分析预警。
该手段欠缺实时性和直观性,束管易损伤漏气导致测量不准确。采用基于履带和关节控制的纵向三段式移动机器人技术,通过机器人计算温度场和一氧化碳浓度自主接近着火点或灾害高发地区,进行精确定位,可以根据现场情况有效实施处理或提前施加防范措施。及时准确的对采空区隐患进行预警,降低采空区事故风险,提高井下作业的安全性。
Claims (10)
1.一种蛇形机器人的翻倒自恢复方法,所述蛇形机器人包括依次连接的蛇头履带结构、关节结构和蛇尾履带结构,在蛇头履带结构的上方设置有传感器模块,其翻倒自恢复方法包括下列步骤:
S1:通过三轴加速度传感器获取机器人姿态;
S2:三轴加速度传感器发送数据至主控板;
S3:主控板对数据识别及处理,判断目前位置;
S4:如果判断没有翻倒,则返回步骤S1,继续获取机器人姿态;如果判断翻倒,则判断左翻还是右翻;
S5:判断左翻时,通过关节结构调整蛇形机器人的重心向右,进行右翻扶正;
S6:判断右翻时,通过关节结构调整蛇形机器人的重心向左,进行左翻扶正;
S7:主控板控制蛇形机器人继续运行。
2.根据权利要求1所述的蛇形机器人的翻倒自恢复方法,其特征在于:步骤S1中,对三轴加速度传感器设定获取姿态数据的间隔时间,所述间隔时间设定为10~20秒,在步骤S4中,判断翻倒的情况下,三轴加速度传感器处于一直工作状态。
3.根据权利要求1所述的蛇形机器人的翻倒自恢复方法,其特征在于:所述三轴加速度传感器安装在主控板上,或者在蛇头履带结构、蛇尾履带结构各安装一个三轴加速度传感器。
4.根据权利要求1所述的蛇形机器人的翻倒自恢复方法,其特征在于:第一关节能够控制蛇头履带结构实现左右摆动,第二关节能够控制蛇头履带结构实现上下摆动,第三关节能够控制蛇尾履带结构实现上下摆动,第四关节能够控制蛇尾履带结构实现左右摆动;步骤S5或步骤S6中,根据三轴加速度传感器判断蛇形机器人为左翻或右翻状态后,识别关节结构的四个关节位置,通过对四个关节的调整,进而调整蛇头履带结构以及蛇尾履带结构的位置,控制蛇形机器人的重心偏移,实现蛇形机器人右翻扶正或左翻扶正。
5.根据权利要求4所述的蛇形机器人的翻倒自恢复方法,其特征在于:步骤S5中,蛇形机器人为直行状态的左翻时,右翻扶正包括下列步骤:
1)调整第二关节,带动第一关节和蛇头履带结构向上旋转,旋转角度为60度-120度;
2)调整第四关节,控制蛇尾履带结构向右侧旋转,旋转20度-45度角,此时关节结构的左侧面接触地面;
3)调整第一关节,控制蛇头履带结构向右侧旋转,旋转角度为90度;
4)继续调整第一关节,控制蛇头履带结构向右侧旋转,使得蛇形机器人的重心向右偏移,此时蛇头履带结构带动蛇形机器人右翻,扶正机器人;
5)向左调整第一关节,控制蛇形机器人摆正,使得关节结构处的轮子着地;
6)调整第四关节,使蛇尾履带结构向左侧旋转,控制蛇尾履带结构回复到和关节结构同一直线;
7)调整第二关节,向下旋转45度-80度,使蛇头履带结构的履带朝向地面;
8)调整第一关节,使蛇头履带结构向左侧旋转,控制蛇头履带结构回复到和关节结构同一直线;
9)调整第二关节向下旋转,使得蛇头履带结构着地。
6.根据权利要求5所述的蛇形机器人的翻倒自恢复方法,其特征在于:通过调整第一、三、四关节,使得蛇形机器人的重心向右偏移,蛇尾履带结构带动蛇形机器人右翻。
7.根据权利要求4所述的蛇形机器人的翻倒自恢复方法,其特征在于:步骤S6中,蛇形机器人为直行状态的右翻时,左翻扶正包括下列步骤:
1)调整第二关节,带动第一关节和蛇头履带结构向上旋转,旋转角度为60度-120度;
2)调整第四关节,控制蛇尾履带结构向左侧旋转,旋转20度-45度角,此时关节结构的右侧面接触地面;
3)调整第一关节,控制蛇头履带结构向左侧旋转,旋转角度为90度;
4)继续调整第一关节,控制蛇头履带结构向左侧旋转,使得蛇形机器人的重心向左偏移,此时蛇头履带结构带动蛇形机器人左翻,扶正机器人;
5)向右调整第一关节,控制蛇形机器人摆正,使得关节结构处的轮子着地;
6)调整第四关节,使蛇尾履带结构向右侧旋转,控制蛇尾履带结构回复到和关节结构同一直线;
7)调整第二关节,向下旋转45度-80度,使蛇头履带结构的履带朝向地面;
8)调整第一关节,使蛇头履带结构向右侧旋转,控制蛇头履带结构回复到和关节结构同一直线;
9)调整第二关节向下旋转,使得蛇头履带结构着地。
8.根据权利要求7所述的蛇形机器人的翻倒自恢复方法,其特征在于:通过调整第一、三、四关节,使得蛇形机器人的重心向左偏移,蛇尾履带结构带动蛇形机器人左翻。
9.根据权利要求1所述的蛇形机器人的翻倒自恢复方法,其特征在于:蛇形机器人进行右翻扶正或左翻扶正时,通过无线向上位机发送报警信号。
10.根据权利要求1所述的蛇形机器人的翻倒自恢复方法,其特征在于:蛇形机器人执行右翻扶正或左翻扶正,上位机能够通过无线进行远程控制。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114055489A (zh) * | 2021-11-16 | 2022-02-18 | 三明学院 | 一种仿蜈蚣机器人 |
CN115056868A (zh) * | 2022-05-16 | 2022-09-16 | 王维 | 一种行进装置的越障方法及应用该方法的行进装置 |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1274310A (zh) * | 1998-06-09 | 2000-11-22 | 索尼公司 | 机器人装置及其姿态控制方法 |
CN1775609A (zh) * | 2005-12-05 | 2006-05-24 | 中国科学技术大学 | 姿态自适应调整移动机器人 |
KR100893004B1 (ko) * | 2007-10-31 | 2009-04-10 | 충남대학교산학협력단 | 뱀형 탐사로봇 |
JP2012157968A (ja) * | 2011-02-02 | 2012-08-23 | Kochi Univ Of Technology | 多形態ロボット |
CN103192898A (zh) * | 2013-04-09 | 2013-07-10 | 北京交通大学 | 一种具有首尾平衡调节装置的仿生四足机器人 |
CN203293193U (zh) * | 2013-06-17 | 2013-11-20 | 西安电子科技大学 | 水中蛇形机器人装置 |
CN105269577A (zh) * | 2015-06-26 | 2016-01-27 | 浙江大学 | 仿人双足机器人步态切换控制***及控制方法 |
CN105666481A (zh) * | 2016-03-11 | 2016-06-15 | 福建省汽车工业集团云度新能源汽车股份有限公司 | 一种管道检修机器人控制*** |
CN109849018A (zh) * | 2019-04-04 | 2019-06-07 | 华夏天信(北京)智能低碳技术研究院有限公司 | 一种矿用救灾蛇形机器人 |
-
2020
- 2020-06-08 CN CN202010510920.3A patent/CN111791221A/zh active Pending
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1274310A (zh) * | 1998-06-09 | 2000-11-22 | 索尼公司 | 机器人装置及其姿态控制方法 |
CN1775609A (zh) * | 2005-12-05 | 2006-05-24 | 中国科学技术大学 | 姿态自适应调整移动机器人 |
KR100893004B1 (ko) * | 2007-10-31 | 2009-04-10 | 충남대학교산학협력단 | 뱀형 탐사로봇 |
JP2012157968A (ja) * | 2011-02-02 | 2012-08-23 | Kochi Univ Of Technology | 多形態ロボット |
CN103192898A (zh) * | 2013-04-09 | 2013-07-10 | 北京交通大学 | 一种具有首尾平衡调节装置的仿生四足机器人 |
CN203293193U (zh) * | 2013-06-17 | 2013-11-20 | 西安电子科技大学 | 水中蛇形机器人装置 |
CN105269577A (zh) * | 2015-06-26 | 2016-01-27 | 浙江大学 | 仿人双足机器人步态切换控制***及控制方法 |
CN105666481A (zh) * | 2016-03-11 | 2016-06-15 | 福建省汽车工业集团云度新能源汽车股份有限公司 | 一种管道检修机器人控制*** |
CN109849018A (zh) * | 2019-04-04 | 2019-06-07 | 华夏天信(北京)智能低碳技术研究院有限公司 | 一种矿用救灾蛇形机器人 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114055489A (zh) * | 2021-11-16 | 2022-02-18 | 三明学院 | 一种仿蜈蚣机器人 |
CN115056868A (zh) * | 2022-05-16 | 2022-09-16 | 王维 | 一种行进装置的越障方法及应用该方法的行进装置 |
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