一种机器人控制系统的制作方法
本发明为提供一种机器人控制系统，尤其是可在各种条件运行时具有稳定的机身，且在三个轴向转动时，机器人控制系统的头部能够有角度稳定性的机器人控制系统。
背景技术：
安防监控用机器人控制系统在工业、农业、反恐、防爆、空间探测等各个领域，有着非常广阔的应用。传统上的安防监控用机器人控制系统的硬件云台包括了三轮底盘及四轮底盘。三轮底盘及四轮底盘包括不同的传动系统，可使用两主动轮驱动、三主动或是四主动轮驱动系统。底盘部分可配合使用全向轮(omniwheel)或是麦克纳姆轮(mecanumwheel)搭配而实现万向移动的功能。
麦克纳姆轮是一种可以实现前行、斜行、横移及旋转或是其组合等运动方式，可全方位移动的轮子，该轮的特点是以传统车轮的基础上，在轮缘上再沿与轴线成45°方向安装若干可以自由旋转的小滚筒，于车轮滚动时，小滚轴就会产生测向运动而形成不同方向的组合力。通过麦克纳姆轮将力组合使用和控制，可以使车体产生任意方向移动和转动。但此轮仅能适用在卡车或是大型车辆上，且此轮行走速度较慢，故用于机器人控制系统上会有移动困难的问题。
中国发明专利第cn104714550a号揭示一种用于防控之机器人控制系统。其使用麦克纳姆轮构成之四轮底盘，加上可移动的颈部装置及顶部摄像头构成可在定点范围内进行电力设备的巡检各种物理量的防控机器人控制系统。但是此装置移动时需要配合磁道进行，仅能单向行走，且顶部摄像头仅能进行小角度移动，故增加在拍摄时的困难度，且需增加防控之机器人控制系统操作云台的数量，相对不便。
另外，美国公告专利第us8644991b2号揭示一种用于军事安防之机器人控制系统。其不需要安装磁道机身即可移动，并具有爬楼梯(爬坡)功能，另配合有顶部之摄像头及颈部的折迭伸缩功能，可在机体行进间调整整个机身的质心并调整摄像高度及位置，让移动时机身保持稳定不翻倒。且使用六轮传动增强移动型及地形适应性。但是此发明具有以下缺点：1.爬坡能力低于40度，爬坡能力较差。2.虽然配具六轮，但是轮子的移动受限于履带及底盘的控制，故旋转能力较无履带限制的一般六轮传动车差。3.仅能进行折迭式伸缩摄像头，但折迭式伸缩器使用时占据体积，且遇到障碍物时伸展困难，且伸缩器较为笨重，收藏不易。
综上所述，现有机器人控制系统的平台在设计上主要存在行动能力问题，比如爬坡能力差，越障能力差，无法高速行走等。除了底盘因素外，质心过高无法在倾斜等状态下运作亦为机器人控制系统行动缓慢的原因。若无法保持机器人控制系统的机身稳定，则需保证机器人控制系统工作顺畅。比如获取影像是现在大部分机器人控制系统的主要任务之一，而现有机器人控制系统在减震和通过性以及因为结构造成的身体不够平稳的缺陷使得其无法持续稳定获取图像。
技术实现要素：
本发明提供一种机器人控制系统，机器人控制系统具有机身，机身含有头部、颈部、主体部、底盘部及轮胎部，头部与颈部枢接、颈部与主体部枢接，主体部设置于底盘部上以及轮胎部设置于底盘部下方用以转动让机器人移动，包含：颈部操作装置，用以接收讯息，对所接受的讯息进行处理，并发送指令以控制机器人各部分的运动。利用颈部操作装置可以控制头部在颈部上转动；第一升降调整装置，利用颈部操作装置控制第一升降调整装置调整机器人的头部的高度以及机器人前后伸展的重心位置；第二升降调整位置，利用颈部操作装置控制第二升降调整装置调整机器人的主体部的高度，并配合第一升降调整装置可同步或是非同步地调整机器人的机身高度。稳定装置，利用颈部操作装置控制稳定装置以稳定机身在机器人运动时的保持水平状态；以及主动悬挂装置，利用颈部操作装置控制主动悬挂装置以使得每一悬挂于底盘部的轮子的高度可以适应地面变化。
优选的，机器人控制系统还包括视觉装置，为了使得所述视觉装置获得平稳的工况条件，将所述视觉装置设置于所述头部。当所述视觉装置设置于头部时，所述视觉装置可以感知机器人头部之姿态角度及姿态角速度，并将所感知的讯息传送至颈部操作装置，颈部操作装置根据所接收的讯息产生颈部控制讯号以控制颈部的运动方向。以进一步增强头部的平稳性。
优选的，机器人控制系统的底盘部更包含感知装置，用以侦测机器人在运行时底盘部遇到的障碍物。
优选的，底盘部用于平面移动及阶梯上下移动。
优选的，底盘部进行爬升动作时系包括利用颈部操作装置调整每一轮胎部与主动悬挂装置的相对位置及同步或异步地调整颈部的高度。
优选的，机器人控制系统还包括底盘部运动时，可分为360度直行模式和转弯模式。
优选的，转弯模式下，每一轮胎部的转弯角度是根据机身宽度、轮胎部的行走速度及两两轮胎部之间的距离运算而得。
优选的，轮胎部的数量为6个。
本发明的有益效果为：此机器人控制系统保证了机身的稳定性，可以获得最灵活的运动性能，不但可以像一般车辆行驶，还可以原地旋转及全向行走，在行走间转向也有最小的转弯半径，不占空间；使得机器人具有优秀的爬坡、越障及爬楼能力，可以越过近45度的陡坡；随时变换机器人的机身高度，可伸缩的颈部可改变质心高度又能保证工作能力的高度，灵活的颈部像云台一样保证颈部在三个轴向上的角度稳定性并减缓行驶中地面不平稳造成机身的震动，保证在爬坡、越障及爬楼过程中机器人头部保持稳定，可以为设置于头部的视觉装置等功能性部件提供更加稳定的工况条件。
附图说明
图1是根据本发明所揭露的技术，表示机器人控制系统各部件的架构图；
图2是根据本发明所揭露的技术，表示机器人控制系统的头部运作流程的简易流程图；
图3是根据本发明所揭露的技术，表示机器人控制系统的底盘部的架构图；
图4是根据本发明所揭露的技术，表示机器人控制系统的颈部折迭及升降时的示意图；
图5是根据本发明所揭露的技术，表示机器人控制系统的底盘部架构示意图；
图6是根据本发明所揭露的技术，表示机器人控制系统的底盘部做动的示意图；
图7是根据本发明所揭露的技术，表示机器人控制系统的底盘部爬坡时或爬阶梯时的示意图；
图8是根据本发明所揭露的技术，表示机器人控制系统调整整体机身高度的参考图；
图9是根据本发明所揭露的技术，显示机器人控制系统行进时在不同状况，机器人控制系统运动的上视图；
图10是根据本发明所揭露的技术，表示整体机器人控制系统在转弯时的示意图；
图11是根据本发明所揭露的技术，表示机器人控制系统的运作方式流程图；
图12是根据本发明所揭露的技术，表示机器人控制系统在机器人运动时，各个部件连接关系示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术特征及优点，能更为相关技术领域人员所了解，并得以实施本发明，在此配合所附的图式、具体阐明本发明的技术特征与实施方式，并列举较佳实施例进步说明。以下文中所对照的图式，为表达与本发明特征有关的示意，并未亦不需要依据实际情形完整绘制。而关于本案实施方式的说明中涉及本领域技术人员所熟知的技术内容，亦不再加以陈述。
请参照图1，图1为机器人控制系统各部件的架构图。包括头部1、颈部2、主体部3及底盘部4。头部1，包括视觉装置11(图未显示)及颈部操作装置12(图未显示)，其中视觉装置11可以接收可见光或不可见光并将其转换为电讯号，视觉装置11可以是感光耦合组件(ccd)或是光二极管所构成的感光数组，因为要仿照生物的视觉功能，故视觉装置11包含感光数组的数量为2组或多组。感光数组具有类似人眼瞳孔的功能，例如根据对象的远近而自动变焦，根据环境光线的大小自动调整光圈大小。亦可选择性的增加声波辅助装置，例如探测声纳及雷达，接收声音讯号以协助视觉装置11讯号处理。感光数组数量及声波辅助装置的功能亦可更多，不在上述所限。在感光数组接受外界电磁波(例如光线、声音、图像或是外界震动讯号)的刺激之后，将讯号传递给连接于视觉装置11的处理器进行图像处理。此处理器类似人脑，处理器接收一连串感光数组输出的画面后，经自我学习、机器学习或是旁人教导后可输出操作指令，传达到机器人控制系统的其他部件，完成对机器人控制系统各部件的操控。处理器硬件可为单芯片处理器，例如
颈部2的动作由颈部操作装置12控制，接收处理器所输出的一连串第一操作指令，转换成位置坐标以控制颈部2作动，颈部操作装置12更包含一个设置于头部或颈部的颈部动力装置，所述颈部动力装置可为伺服马达或是步进马达，伺服马达可使用无刷式或是有刷式马达。颈部动力装置可为单独一颗可在进行三方向控制的三向马达或是三颗仅能控制单轴的单向马达，以实现头部1或是颈部2在三个方向上运动，活动类似人类关节。颈部操作装置12还可包含颈部传感器，通常是惯性测量单元(imu)，以测量头部1在惯性空间的姿态变化，并通过控制可在三个方向移动的马达，以实现头部1水平和直向上姿态稳定。另外，在向上抬头、向下低头及左右转头时均可以使头部1实现水平姿态的稳定，左右转头时可实现垂直向的稳定。该机器人控制系统的头部1可在稳定状态下执行欲进行的工作，亦可以指令追踪状态下执行。机器人控制系统的电源供应一般为电能，可为发电机或是电池，在节能减碳的考虑下，以可充电的电池(未标示在图1)为较优选的方式。
头部1的运作方式可为下列所述：视觉装置11具有同步接收画面讯号的功能，可自动识别人类的指挥动作，例如挥手或是跳动等身体语言，输出操作指令给颈部操作装置12，再由颈部操作装置12控制颈部2作动以符合操作者所需。例如操作者想要机器人控制系统头部1向上仰，即把手往上挥动，视觉装置11接收到此挥动的画面后机器人控制系统控制机器人把头部1往上抬。于另一运作实施例，操作者在指挥机器人控制系统时带上虚拟眼镜，此虚拟眼镜看到的画面与机器人视觉装置11同步，当操作者见到虚拟眼镜中的画面是楼梯时，即可以向机器人控制系下达向上移动爬楼梯的指令，机器人控制系统接受到所述向上移动爬楼梯的指令后即会控制机器人各部件协调工作完成向上爬楼梯的动作。
颈部2，连接于头部1及主体部3，颈部2汇总来自头部1及主机体中的颈部2控制讯号，以调整颈部的姿态。颈部2包括第一升降调整装置21及第二升降调整装置22，其中，第一升降调整装置21是用以改变颈部2的坐标，且具有整体倾斜运动的功能，其包括有3个枢接轴及两连接杆，枢接轴类似人体的关节，连接杆类似人体的骨骼。第一枢接轴与头部1及第一连接杆连接。配合图2所述的机器人控制系统头部1运作时动态示意图，第一枢接轴可于三个坐标方向(可为卡式坐标x,y,z、圆柱坐标
第一升降调整装置21整体上可使头部1出现在三维坐标的任一个点上，且第一升降调整装置21运作时从侧面看呈现【>】或是【<】字型，第一升降调整装置21在机器人控制系统电源关闭时，两连接杆可自动的水平的迭置或是邻接，即可减少置放空间也可降低机器人装置的重心防止意外损坏；另外，两连接杆之间的连接方式可为螺合、铰链枢接、具有圆珠式的轴承连接、啮合或是以磁性连接，可自行选择与环境相符的结合方式进行设计。连接杆的材质不限于塑料或是金属。第二升降调整装置22，具有升降功能，可活动的方向为垂直于地面的方向，用以改变颈部2的高度，并且可以通过升降抵消来自地面的颠簸，具有减震的功效。第二升降调整装置22其顶部枢接于第二连接杆，其底部接合于主体部3。第二升降调整装置22在机器人控制系统电源关闭时，升降杆可自动的降回主体部3中的腔体(未在图中表示)，减少机器人控制系统在收纳时的整体高度，方便操作者收纳并可降低机器人装置的重心防止意外损坏。
图3为机器人控制系统颈部2折迭及升降时的示意图，其中此图表示机器人控制系统的颈部2已升到最高的高度。颈部2之作动状态可为图3所示。
图4表示机器人控制系统头部1运作流程的简易流程图，以俯仰(向上抬头、向下低头)为例，具体控制方式如图4所示。当头部1受到外界刺激(如感知到外界环境的电磁波讯号，或是由机身传导来的碰撞震动力学讯号)时，视觉装置11会产生包含相对于水平面的俯仰角速度θ和俯仰角度θ的操作指令。其中俯仰角速度θ会被imu传感器侦测到俯仰角速度误差量δθ；俯仰角度会通过编码器与指令角度θc比较产生俯仰角误差量δθ，通过角度运算器输出讯号，此讯号再与俯仰角速度误差量δθ，经稳定回路运算器运算后，输出颈部2控制讯号，以实现颈部2角度的控制及使颈部2运动时能不受外界干扰。
主体部3，连接于所述颈部2，包括控制装置31及稳定装置32。在本发明中，主体部3包含机身辅助运算中心的功能。控制装置31包括处理器(processor)，其接收视觉装置11所生成的操作指令讯号及底盘部4所产生的操作指令，运算后生成颈部2控制讯号给颈部2，及驱动讯号传给稳定装置32。在优选的实施例中，控制装置31接收视觉装置11产生之处理过的画面档案，例如画面位图，及探测到的机器人控制系统身高后，结合环境中的电磁波讯号，例如光、声音或是震动，和轮胎部42所回馈之当前机器人控制系统位置或是轮胎部42运转时的转速，控制装置31输出包含颈部2高度及机器人控制系统质心位置的讯号给颈部2和稳定装置32，颈部2和底盘部4再根据这些讯号运动。另外，主体部3具有自动稳定平衡结构，可自动调节机身的倾斜角以改变机身的质心，增加整个机身稳定性。主体部3材质是由金属或是塑料壳体所构成，且采用一体成形方式制作，上端具有中空的容置空间或是腔体，提供第二升降调整装置22未升起时收藏用，主体部3的下端包覆主动悬挂装置41的悬吊器412及运算器411于机器人控制系统的机身内，其防摔、防震、防水及防尘效果佳，具有高防护性(具有ip67等级)。其中图1中所指的悬吊器412示意图包括了梯形和其邻近的矩形，其中梯形由固定装置所构成，用以固定轮胎部42，矩形由弹簧及固定装置所构成，用以减缓轮胎装置对于机身的冲击力。机身之防摔、防震、防水及防尘效果佳。
图5表示底盘部4的架构图。底盘部4设置于所述主体部3下方，稳定装置32发出讯号控制底盘部4。底盘部4包括主动悬挂装置41及轮胎部42，主动悬挂装置41与轮胎部42相互连接。主动悬挂装置41为底盘总成，内部包含有悬吊器412及运算器411，此两者构成一般汽车装置中所谓的车架。轮胎部42包含轮胎。主动悬挂装置41与轮胎部42的数量是相同的，且主动悬挂装置41与轮胎部42是一对一的控制，亦即主动悬挂装置必定仅控制轮胎a，不会控制轮胎b。在本发明中，轮胎部42包含的轮胎数量最佳为六个，相较于已知技术的四个，更具有稳定性及越障能力。悬吊器412是将机身与车轮连接一种器具，由弹簧、减震器(或称为阻尼器)及连接杆所构成。悬吊器412是利用材料或构成的不同的悬吊器412具有不同的等效弹性系数，当机器人控制系统行进间遇到路面不平整时，机身会因震动而对悬吊器412产生等效弹力。根据虎克定律，悬吊器412会因为此弹力产生相对于机身的位移，此位移因悬吊器412中额外的减震器吸收或是减缓，让位移传至机身时能减少或消失，有效隔绝机器人控制系统中走时因为路面不平整机身所遇到震动，保持机身稳定。本发明在主动悬挂装置41另配有运算器411，其功用为当轮胎部42作动时，纪录车速、位移和加速度等信号，经由运算器411中微处理器的运算，输出讯号以实时调整悬吊器412中弹簧的刚性和系统的阻尼系数(相当于虎克定律中的弹性系数(k))，藉此以减低机身震动及调整机身与底盘部4的相对高度便于操控。悬吊器412与底盘部4构成的主动悬挂装置41，加上轮胎部42的六个轮胎，构成机械学上所述的六轮独立主动式悬吊系统。底盘部4中的轮胎部42可因为不同地形而使用不同胎纹的轮胎，轮胎的厚薄及半径亦不限定。本发明所使用的轮胎部42配合特殊构造可进行90度内的转动(转动轴为地面的法向量)，适地性佳，且旋转轴心接近轮毂中心，故旋转半径小，旋转时不占空间，且因主动悬挂装置41一对一的控制轮胎，所以每个轮胎的转向角度可以不同，亦可能部分轮胎相同。在此要说明的是，轮毂是指车轮中间钢圈、辐射状钢条及轮轴总成，其为车辆工业的现有技术，为本领域技术人员可以轻易得知的技术，故不在此多加陈述。
以上详尽的介绍了机器人控制系统各部件的配置、如何作动及功效，灵活的头部1可在三个轴向上稳定的活动；可伸缩的颈部2能随时变换身高，改变质心高度；主体部3的高防护性外壳及优秀的质心运算能力，确保整体机器人控制系统质心稳定，加上底盘部4具有六轮独立主动悬挂式设计，最大程度保证了机身的平衡性，且六个轮胎可以单独的被运算器411操控，使轮胎部42获得最灵活的运动性能，像普通车辆一样行驶。
图6表示机器人控制系统底盘部4作动时示意图。此图仅用于说明轮体部的运作，轮体部的结构不限于图中所示。当机器人控制系统运作时，若是路上遇到障碍物或是地面不平坦时，轮胎部42和悬吊器412会自动的采取调整手段以适应环境。例如遇到突起物时，轮胎部42或在某个特定时间产生相对于悬吊器412的位移(即第二物理量)并回传给运算器411。运算器411会再次根据不同时间产生的第二物理量运算出位置(即第一物理量和第二物理量)予悬吊器412及轮胎部42以调整两者位置。此过程会重复循环，直至机器人控制系统顺利通过障碍物为止。此外，运算器411一方面输出第一物理量和第二物理量调控轮胎部42与悬吊器412的位置外，另外，运算器411产生第二操作指令与控制装置31，再由控制装置31发出另一时间的第二颈部2控制讯号，以让颈部2调整高度，稳定整个机身的质心。另外，由于本发明机器人控制系统主动悬挂装置41是一对一的驱动轮胎部42，故不同的轮胎部42行经不同的障碍物时，每一个轮胎部42可各别的调整其所对应于主动悬挂装置41的相对位置或是速度。不同时间下，六个轮胎可能经历过不同的状况，但是运算器411具有记忆的功能，可以将不同时间下、不同轮胎的第二物理量集合而运算出第二操作指令，使控制装置31进行整体性的机器人控制系统质心调控，或是根据前一个轮胎部42遇到障碍物时，所收集的速度时间记录处理，以避免下一个时间或是下一个轮胎部42遇到障碍物。为避免产生视线死角，本发明的另一实施例可以选择性的在主动悬挂装置41的壳体中增加感知装置43，用以增强障碍物侦测，补强头部1视觉装置11在机身底部侦测障碍物的不足。感知装置43架构类似头部1的视觉装置11，可以是ccd或是探测雷达，但不在此限。此视觉装置11可个别置放于悬吊器412上方，或是主动悬挂装置41的前端，数量亦不限制，但最佳实施例为置放于悬吊器412上方及主动悬挂装置41，且有六个。
图7表示机器人控制系统底盘部4爬坡或爬阶梯时的示意图。当机器人控制系统爬坡时，为保持机身的稳定，稳定装置32会将颈部2及主体部3往前倾，此时，机器人控制系统的质心亦会往前，以确保机器人控制系统不会翻倒。当行进间遇到坡度时，在爬坡前，视觉装置11会先观察到斜坡出现在前方，经视觉装置11运算后输出包含斜坡角度讯号的第一操作指令，控制装置31根据此操作指令处理后输出包含初始的倾斜角度的第二颈部2控制讯号及驱动讯号予颈部2和稳定装置32调整角度。视觉装置11在机器人控制系统运动时实时观察眼前的坡度，一旦坡度改变，立即调整颈部2及主体部3前倾角度；下坡时亦然。在爬坡时，底盘部4中的悬吊器412亦会根据坡度的不同自动调整轮胎部42与悬吊器412的相对距离。在前述的稳定装置32输出包含角度值的致动讯号后，运算器411处理后以操控悬吊器412及轮胎部42的相对位置。类似于在机器人控制系统装置平面时的行动，运算器411亦会输出包含角度讯号的操作指令回馈给控制装置31，以实时或动态的修正颈部2主体部3与斜坡法向量之间的夹角及轮胎与主动悬挂装置41壳体内的夹角。
图7更揭示机器人控制系统在爬楼梯时的动作态样。爬梯时与爬坡时的最大差异为，爬梯时，楼梯整体上有虽然固定的坡度，但细部来看每一个小区间坡度是随着位置呈现周期性改变。为了应付此项地形限制，机器人控制系统在爬楼梯时除了要考虑到角度外，机器人控制系统的质心随着时间改变亦须要考虑。爬坡时，运算器411会配合小区段的坡度不同会输出包含角度的第一物理量，使悬吊器412运作时本身亦会有摆荡角度，各轮胎会随着悬吊器412的摆荡而交替向前。另外，运算器411除了会随着时间输出在不同时间、不同角度的操作指令外，在爬梯时会类似上述在遇到障碍物时输出在不同时间下的质心讯号给控制装置31，控制装置31在以此讯号运算后输出第二颈部2控制讯号，以调整颈部2高度并调整质心。
机器人控制系统的实际整体机身高度的调整可参考图8及下列说明，图8为机器人控制系统在爬坡时各部件简化之架构图，图上标示了各部件长度、半径及质量的代号。假设主体部3质心轴与底盘部4质心轴的交点为p点。若要以p点为准，调整机器人控制系统调整质心，使机器人控制系统在斜坡上不致倾倒时，要得知底盘部4相较于上半身(头部1、颈部2及主体部3合称之)的旋转角度α，首先要知道机器人控制系统扣除底盘部4的高度y才能求得。假设头部1质量为m1，头部1半径为r，两连接杆的长度皆为m2，长度为l，斜坡角度为β时，头部1中的颈部操作装置12会先发出包含角度的第一颈部2控制讯号，使两连接杆呈现的夹角为θ，主体部3质量为m3，主体部3长度为b。经由式1可计算出y：
y＝m3*b2+2m2(l*sin2θ+b)+m1(r+2(sin2θ+b))/(m1+2*m2+m3)(式1)
底盘部4中，主动悬挂装置41的运算器411中可附陀螺仪，其可得知目前底盘部4的俯仰角(俯仰角同斜坡角度)，设定为β。假设机器人控制系统的上半身在偏转相对重力方向的夹角为α时，上半身的质心可以在中间轮子上并使机器人控制系统在斜坡上不倾倒。则透过式2可求得此夹角α：
主体部3的运算器411算出α后，即可包含α的输出颈部2控制讯号以调整颈部2的角度。
图9显示机器人控制系统行进时，机器人控制系统运动状态的上视图，在图9中揭露了至少六种的机器人控制系统运动状态，至少包括：前后移动、左右平移、交替爬行、原地旋转、斜方向运动和小半径转向六种，这些运动状态类似昆虫爬行时的动作态样，此六种运行模式可给予底盘部4活动时最大的灵活性。吾人将上述六种运动状态大致分为两个的类型的运动：360度直行模式和转弯模式。
其一，在360度直行模式下，每一个轮子的行进方向一致。在此模式下，运算器411接收的第一致动讯号包括运动方向和运动速度。运动方向用以控制轮胎滚动方向(以轮毂为中心，顺时针或逆时针)以及轮胎的行进方向(以轮毂为中心，顺时针或逆时针主体部3为轴心，三十二方位法)，运动速度用以控制轮胎滚动速度。当轮胎接收到运算器411发出的包含运动方向和运动速度第二物理量后，轮胎行进方向会相对于y方向转向±90°，同时配上轮胎部42的正反转，即可实现机体在各个方位上的直线运动，以下详述运算器411如何运算并驱动轮胎部42旋转。假设机身行进正前方向为0°，机身所欲转的角度设定为θ。轮胎部42目前的角度设定为α，假设机身行进正前方向为0°(0度角定义同机身)，两角度顺时针方向皆为正方向，r为「轮子旋转方向」变数，为+1或是-1两个值。当前进方向为0至90度时或者270至360度之间时，r取1，轮子正转。当前进方向为90-270度时，r取-1轮子倒转。则机身行进方向和轮胎部42前进方向的关系如式3所述：
θ＝α+(90r+90)(式3)。
即机身所欲转的角度是根据轮胎部42当前的前进方向调整。
其二，在转弯模式下，运算器411会计算出调整轮胎方向和每个轮胎的转速，以实现机身围绕一特定的中心进行转弯，以下详述运算器411如何运算并驱动车轮旋转。请参考图10，图10为机身转弯时，整体机器人控制系统的运动示意图。由图10可得，目前设定的旋转中心c在机器人控制系统两中心轮胎(及轮胎部422及轮胎部425)轮轴轴心所连成之直线的延伸在线，所以在转弯过程中，机器人控制系统两中心轮胎的相对于机身方向不会改变，会一直与机身保持平行状态，此时由俯视看来，整体机器人控制系统转弯过程可视为一宽度为d1的长方形(机身)绕着旋转中心旋转。由于在转弯过程中各个轮子的转动中心相同(将机器人控制系统视为一个质点)，因而每个轮胎部42的转弯角速度ω相同。假设轮胎部422与轮胎部424的轮轴轴心相距为d1(即机身宽度)，转弯过程中，轮胎部422行走速度为v1，轮胎部425的行走速度为v2，则转弯角速度可由式4求得：
此时轮胎部422的行走速度可由式4推得，表示于式5：
轮胎部425的行走速度可由式4推得，表示于式6：
根据此旋转半径，可得到轮胎部422及轮胎部425相对于旋转中心c旋转时之旋转半径。因为左侧轮胎部421、2、3前后的轴距与右侧轮胎部424、5、6前后的轴距是相同的，所以左侧轮胎部421、2、3的旋转半径是相同的，其为r外端，右侧轮胎部424、5、6的旋转半径是相同的，其为r内端。设定轮胎部421与轮胎部422的前后轴距为d2，根据勾股定理，可推得轮胎部422的转弯半径，揭示于式7：
同样的，轮胎部425的转弯半径揭示于式8：
由于角速度相同，对应的轮胎部422的行走速度可经由式5及式7推得，显示于式9：
同样的，轮胎部425的行走速度可经由式6及式8推得，显示于式10：
根据此时可获得轮胎部422的转弯角度为
实际作动时，运算器411首先会输出一个360度直行模式和转弯模式讯号给六个车轮。假设轮胎部42收到360度直行模式讯号时，六个车轮会都偏转相同的角度，并输出包括旋转角度及运动速度给运算器411，运算器411再根据当前的状况，使用式3推算出机身所欲转的角度θ，并包含在第二操作指令中以传递给主体部3，以达到操作者的目标角度。且不同时间亦有不同的机身所欲转的角度。另外，当轮胎部42收到转弯模式讯号时，轮胎部421、3、4及6会先偏转一特定角度，轮胎部422及5不改变当前位置，并回传包括轮胎部422及5的行走速度、各轮胎部42之间的距离及机器人控制系统转弯角速度的第二物理量给运算器411，运算器411再依照式4至式10估算出轮胎部422及5的转弯角度、行走速度及一转弯中心c后，回传第二物理量，以旋转机器人控制系统的机身，达到操纵者所需，且不同时间亦有不同的所需旋转角度。
图11是机器人控制系统的运作方式流程图，图12是机器人控制系统运作时，各部件连接关系示意图，其用于操作上述机器人控制系统的各个部件，请参照图11及图12，以下详述其操作步骤：
步骤s1：头部1的视觉装置11及主体部3接收电磁波讯号后，发出第一操作指令给颈部操作装置12及控制装置31，接收之电磁波讯号可为单一光线图像讯号或是连续图像讯号，第一操作指令可为坐标位置讯号，接着，同时进行步骤s2及步骤s3；
步骤s2：颈部操作装置12处理第一操作指令后，发出第一颈部2控制讯号并传给颈部2，第一颈部2控制讯号亦为坐标位置讯号，可为颈部2第一升降调整装置21即第二升降调整装置22中的各个端点或是三枢接轴、两伸缩杆的三维坐标位置，但不限于此，接着同时进行步骤s4；
步骤s4：颈部2根据所接收之颈部2控制讯号转动头部1、伸缩该第一升降调整装置21的位置级升降该第二升降调整装置22及移动颈部2，之后并结束步骤s4。
步骤s3：控制装置31处理操作指令后，生成第一驱动讯号予控制装置31及第二颈部2控制讯号予颈部2。第一驱动讯号包含了坐标位置讯号、机器人控制系统质心位置讯号、速度讯号、加速度讯号或是包含速度信号、刚性系数及阻尼系数的方程式等，第二颈部2控制讯号包含了位置坐标，之后并进行步骤s5；
步骤s5：第一致动讯号经由制动装置转换成底盘部4可读的讯号，并生成第一致动讯号。转换的方式可为单位之间的转换，或是求解一般、微分或是偏微分方程式的形式，将速度、位移、刚性系数及阻尼系数等物理量求得成第一致动讯号，之后并进行步骤s6；
步骤s6：第一致动讯号经由运算器411转换成第一物理量以操纵悬吊器412、转换成第二物理量以控制轮胎部42，其中第一物理量包括了悬吊器412与轮胎部42，或是运算器411的相对位置，和悬吊器412的弹性系数或是阻尼系数，或是上述转弯半径等等的物理量；第二物理量包括了轮胎部42的移动速度或是加速度等等关于速度的物理量，或是位置的物理量，第二物理量可包含时间，以使轮胎部42遵照此物理量的数值动作，之后并进行步骤s7；
步骤s7：轮胎部42作动时，运算器411侦测实际作动的第二物理量后，在第二时间重新生成第一物理量及第二物理量，以动态的调整及修正目前悬吊器412所在的相对位置及轮胎部42的作动速度，且另生成第二操作指令回传给控制装置31，以动态的调整机器人控制系统质心位置及颈部2的位置，之后并同时进行步骤s3及s6。
使用此方法操作上述机器人控制系统各个部件，可动态的改变机器人控制系统的移动速度、位置及机器人控制系统的质心，另外可动态的获得颈部2所需要移动的高度，根据环境的状况适应性的调整，因此可让机器人控制系统更佳的适用在各个场合中，及移动时稳定性更佳，不容易倾倒，确实达成操纵者所需任务。
本发明所述之种机器人控制系统及操作方法，配合主动悬挂装置41的独立主动悬挂型装置，保证了机身的稳定性，可以获得最灵活的运动性能，不但可以像一般车辆行驶，还可以原地旋转及全向行走，在行走间转向也有最小的转弯半径，不占空间；优秀的爬坡、爬楼及越障能力，可以越过超过40度的陡坡；可随时且适应性的变换机身高度，机器人控制系统的伸缩式颈部2可改变质心位置，又能调整增加头部1的视野，且保证机器人控制系统的头部1在三个轴向上的角度稳定性并减缓行驶中地面不平稳造成机身的震动，使行进中机器人控制系统的机身稳定不会倾倒。
以上所述仅为本发明之较佳实施例，并非用以限定本发明之权利范围；同时以上的描述，对于相关技术领域之专门人士应可明了及实施，因此其他未脱离本发明所揭示之精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在申请专利范围中。
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