一种机器人行走方法与流程

本发明属于机器人技术领域，具体设计一种机器人行走装置。

背景技术：

行走机器人早在20世纪80年代就已经面世了，随着玩具机器人技术领域的进一步发展，机器人行走技术日异月新，有模拟人行走的，有安装滚轮行走的，也有安装舵机带动行走的。机器人（robot）是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。随着机器人行业的迅猛发展，出现了许多取代人类工作的机器人，例如在生产业、建筑业，或是危险的工作等行业。目前我国涉及机器人生产的企业已超过800家，但是，其中200多家是机器人本体制造企业，大部分以组装和代加工为主，处于产业链低端，产业集中度低、总体规模小。各地还出现了40多个以发展机器人为主的产业园区。

小型机器人，特别是格斗型机器人，是目前非常热门的机器人类型，也有多种针对不同类型格斗机器人的比赛，激发了研发人员的兴趣，也打开了一个新的市场。随着科技的发展，越来越多的企业公司进入格斗机器人领域，各类格斗机器人产品功能推陈出新，十分丰富。且随着人工智能技术与互联网的发展，以语音互动、人脸识别、app互联等为主的多功能机器人逐渐进入大家的视线。

机器人行走技术关系到机器人整体移动的灵活度，是实现机器人能够更好完成任务的重要条件。然而现在市面上的格斗机器人行走方法大多行走不够稳定，行走速度稍快可能导致摔倒，且行走反应不够迅速，现有小型格斗式机器人行走方向单一，难以实现曲线行走，影响用户体验。

技术实现要素：

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供能够快速多向移动的一种机器人行走方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种机器人行走方法，

所述机器人包括机器人主体及连接机器人主体的第一支腿、第二支腿、第三支腿和第四支腿，所述每条支腿下端分别设有驱动电机和行走轮，所述驱动电机带动行走轮转动，所述第一支腿下端设有第一行走轮，所述第二支腿下端设有第二行走轮，所述第三支腿下端设有第三行走轮，所述第四支腿下端设有第四行走轮，所述四条支腿呈十字形分布，相对的驱动电机两两形成第一轴和第二轴，所述第一支腿和第三支腿下端的驱动电机分别驱动第一行走轮和第三行走轮以第一轴为中心转动，所述第二支腿和第四支腿下端的驱动电机分别驱动第二行走轮和第四行走轮以第二轴为中心转动，所述第一轴与第二轴相互垂直；所述行走轮包括第一转轮、第二转轮以及中心轴，所述第一转轮和第二转轮通过中心轴固定，所述驱动电机通过驱动中心轴转动而带动第一转轮和第二转轮同时转动；所述第一转轮和第二转轮的轮边分别设有多个安装位，所述第一转轮和第二转轮的安装位交错排列，所述第一行走轮和第二行走轮分别设有多个橄榄形转子，所述转子分别安装于安装位中；所述行走方法包括以下步骤：

s1：启动机器人；

s2：信号接收模块接收行走指令，行走轮按设定程序转动；

s3：接收模块接收停止指令或未接收到行走指令，行走轮停止转动。

所述机器人主体可根据不同的需要进行设计，对于格斗型机器人，可在机器人头部设置类似人类眼睛的摄像头，通过摄像头传达的图像，观察对方的攻击进程，从而分析自身的应对方式，增加格斗趣味性。所述机器人行走装置，类似于人类的腿部，用于机器人的快速行走。所述支腿上端通过螺纹紧固件与机器人主体固定，为了使机器人行走更加稳定，所述机器人行走装置包括四条支腿，所述支腿分布均匀分布在机器人主体下端，所述每条支腿下端分别设有一个电机保护壳和行走轮，所述驱动电机设于电机保护壳内部，可以防止驱动电机长期暴露造成损害。所述行走轮依靠驱动电机提供动力。

为了使行走装置行走更加稳定，且保证机器人可从任意方向移动，本发明设置四条支腿，分别为第一支腿、第二支腿、第三支腿和第四支腿，且按顺序相邻设置，所述四条支腿设置成十字形，形成两条相互垂直的第一轴和第二轴，所述行走轮支撑于地面，整个机器人主要靠行走轮的滚动进行移动。通过第一轴和第二轴的设计，能够增加机器人主体的稳定性，避免了行走时由于某个方向的倾斜引起机器人摔倒，且能够保证行走轮的运动的协调性。

所述每个行走轮可设置多个转轮，为了更好的控制行走轮的转动，本发明设置两个转轮，转轮通过中心轴固定在一起，增加与地面的接触面积，增加行走的稳定性。所述第一转轮和第二转轮通过中心轴固定后，不可绕转轴转动，而通过驱动电机带动中心轴的转动而转动。所述机器人设有控制系统，可对驱动电机进行控制，从而对行走轮进行控制。

所述每个转轮在轮圈边框的位置各设置四个对称的安装位，所述安装位呈类似椭圆形，安装位处的轮边直径较小，所述转动机构以安装位处的轮边为中心，可自由转动。所述第一转轮和第二转轮的安装位相互交错，由于第一转轮和第二转轮相对固定在一起，二者的相对位置不会发生变化，所述相互交错即第一转轮的安装位，对应第二转轮与其固定的位置是第二转轮的轮边，同样的，第二转轮的安装位，对应第一转轮与其固定的位置是第一转轮的轮边。

当机器人需要朝第一轴方向移动时，第二行走轮和第四行走轮通过驱动电机的转动实现转动，而此时第一行走轮和第三行走轮转动方向与第一轴垂直，因此控制中心只需启动第二行走轮和第四行走轮即可。但是此时第一行走轮和第三行走轮的移动会增加行走的阻力，并且会对行走轮造成磨损，因此需要设置转动机构，当第一行走轮和第三行走轮带动机器人移动时，可带动第二行走轮和第四行走轮的转动机构转动，避免了轮圈与地面接触时行走轮无法朝中心轴方向运动的缺陷，同时减小了轮边的磨损，也减小了运动阻力。同样的，当机器人需要朝第二轴方向移动时，第一行走轮和第三行走轮通过驱动电机的转动实现转动，而此时第二行走轮和第四行走轮转动方向与第二轴垂直，因此控制系统只需启动第一行走轮和第三行走轮即可。但是此时第二行走轮和第四行走轮的移动会增加行走的阻力，并且会对行走轮造成磨损，因此需要设置转动机构，当第二行走轮和第四行走轮带动机器人移动时，可带动第一行走轮和第三行走轮的转动机构转动。

所述橄榄球型转子中部空心，通过安装位处的轮圈穿过橄榄球型转子，使转子能够绕安装位处的轮圈转动。所述转子表面涂有防滑层，增加行走装置的摩擦力，防止打滑。

所述机器人主体背部设有控制系统，所述控制系统内置计算程序，可通过移动控制端或遥控器对机器人进行控制。在使用时，首先启动机器人，并通过移动端与机器人建立通信连接，移动端通过发送不同的指令，机器人即可根据指令沿指定的路线进行移动，当需要停止运行时，同样通过移动端发送指令，机器人接收到信号后，停止移动。

进一步的，所述步骤s2中，所述行走指令包括：

机器人沿第一轴方向行走：所述第二行走轮和第四行走轮同步反向转动；所述第一行走轮和第三行走轮不转动；

机器人沿第二轴方向行走：所述第一行走轮和第三行走轮同步反向转动；所述第二行走轮和第四行走轮不转动；

机器人转动：所述四个行走轮同步同向转动，或第一行走轮和第三行走轮同步同向转动并带动第二行走轮和第四行走轮同步同向转动，或第二行走轮和第四行走轮同步同向转动并带动第一行走轮和第三行走轮同步同向转动。

所述机器人沿第一轴方向或第二轴方向或转动是最基本的运动形式，当机器人接收到沿第一轴方向运动的指令时，所述第二行走轮和第四行走轮转动方向平行于第一轴，因此直接朝指定的方向转动即可。而第一行走轮和第三行走轮的转动方向垂直于第一轴，因此，第一行走轮和第三行走轮不需要转动，当第二行走轮和第四行走轮转动时，带动第一行走轮和第三行走轮上的转子转动即可。为了保证能够直线行走，所述第二行走轮和第四行走轮转动方向相反，即朝向一致，且二者转动的速度必须相同，否则会偏离路线。

同样的，当机器人接收到沿第二轴方向运动的指令时，所述第一行走轮和第三行走轮转动方向平行于第二轴，因此直接朝指定的方向转动即可。而第二行走轮和第四行走轮的转动方向垂直于第二轴，因此，第二行走轮和第四行走轮不需要转动，当第一行走轮和第三行走轮转动时，带动第二行走轮和第四行走轮上的转子转动即可。为了保证能够直线行走，所述第一行走轮和第三行走轮转动方向相反，即朝向一致，且二者转动的速度必须相同，否则会偏离路线。

在机器人格斗过程中除了需要快速移动，还需要机器人能够全方位的防卫自身并多面攻击对方，因此机器人转动的灵活性也非常重要。本发明中，当机器人接收到转动的指令时，有两种方法可实现原地转动，第一种方法为四个行走轮同一时间、同样的方向且保持同样的速度转动即可实现；第二种为处于相对位置的两个行走轮同一时间、同样的速度且同方向转动，而另外两个行走轮在转动的两个行走轮的带动之下也会同时转动，最终实现机器人的转动。除了这两种方式外，也可四个行走轮的三个同步同向转动，同样也会带动另一个行走轮转动，最终实现机器人整体的转动。

进一步的，所述步骤s2中，所述行走指令还包括：机器人沿第一轴和第二轴夹角方向行走：所述四个行走轮同步同向转动或相对的两个行走轮同步同向转动至第一轴与指令所指夹角方向垂直时，所述第一行走轮和第三行走轮开始同步反向转动，第二行走轮和第四行走轮停止转动；或所述四个行走轮同步同向转动或相对的两个行走轮同步同向转动至第二轴与指令所指夹角方向垂直时，所述第二行走轮和第四行走轮开始同步反向转动，第二行走轮和第四行走轮停止转动。

所述指令中的第一轴和第二轴的夹角方向为除第一轴和第二轴外的任意直线方向，此时，所述机器人先原地转动至第一轴或第二轴与指令方向垂直或平行，再按照前面所述方法，朝指定方向运动。此时会有两种情况，第一种情况为机器人原地转动至第一轴与指定方向垂直，而第二轴与指定方向平行时，所述第一行走轮和第三行走轮同步朝向指定方向转动即可。所述原地转动的方法也可采用四个轮同步同向转动，也可采用相对的两个轮或者其中三个轮同步同向转动来实现。第二种情况为机器人原地转动至第二轴与指定方向垂直，而第一轴与指定方向平行时，所述第二行走轮和第四行走轮同步朝向指定方向转动即可，此时第一行走轮和第四行走轮停止转动，依靠第二行走轮和第四行走轮带动第一行走轮和第三行走轮的转子转动。

进一步的，所述步骤s2中，所述行走指令还包括：机器人沿第一弧形方向行走：所述第一行走轮和第三行走轮沿第一弧形方向同步反向转动，所述第二行走轮和第四行走轮同步同向转动；或所述第二行走轮和第四行走轮沿第一弧形方向同步反向转动，所述第一行走轮和第三行走轮同步同向转动。

机器人在格斗过程中，除了直线行走外，进行曲线行走也是一项重要的技能，所述机器人收到沿弧形方向行走的指令后，一方面是其中一对行走轮同时、同速且都朝向第一弧形所指方向运动，即需要反向转动，实现机器人的直线前进，另一方面，另一对行走轮同时、同速且同向转动，实现机器人的转动，两方面结合，即可实现机器人朝第一弧形方向行走。行走轮在接受指令后，能够迅速做出反应，行动迅速，反应快。

进一步的，所述步骤s2中，所述行走指令还包括：机器人沿第二弧形方向行走：处于弧形内圈的一个行走轮和处于外圈的与其相对的行走轮沿第二弧形方向反向转动，所述处于弧形内圈的行走轮转速小于处于弧形外圈的行走轮，所述另外两个行走轮不转动。

根据弧形的弯曲角度和弯曲程度不同，所述机器人还可沿第二弧形方向行走，当机器人接收到朝第二弧形方向行走的指令后，机器人控制系统迅速判断，处于弧形内圈的一个行走轮和处于外圈与其相对的行走轮同时反向转动，但是处于弧形内圈的行走轮转速小于处于弧形外圈的行走轮，形成一条弧线，并带动另外两个行走轮上转动和/或行走轮上的转子转动。

进一步的，所述步骤s2中，所述行走指令还包括：机器人沿第三弧形方向行走：机器人沿第三弧形方向行走：处于弧形内圈的一个行走轮和处于外圈的与其相对的行走轮向第三弧形方向反向转动，所述处于弧形内圈的行走轮转速小于处于弧形外圈的行走轮，所述另外两个行走轮同步同向转动。

所述第三弧形方向同样是弯曲幅度不同，当机器人接收到朝第三弧形方向行走的指令后，机器人控制系统迅速判断，处于弧形圈内的一个行走轮和处于外圈的与其相对的行走轮向第三弧形方向反向转动，且处于弧形内圈的行走轮转速小于处于弧形外圈的行走轮，另外两个行走轮，有一个靠近弧形区域，一个远离弧形区域，其中靠近弧形区域的行走轮朝远离弧形的方向转动，而远离弧形区域的行走轮朝弧形方向转动。

进一步的，所述步骤s2中，所述行走指令还包括：机器人沿第四弧形方向行走：处于弧形内圈的一个行走轮和处于外圈的与其相对的行走轮向第四弧形方向反向转动，所述处于弧形内圈的行走轮转速小于处于弧形外圈的行走轮，所述另外两个行走轮同步反向转动。

所述第四弧形方向同样是弯曲的幅度不同，当机器人接收到朝第四弧形方向行走的指令后，机器人控制系统迅速判断，处于弧形内圈的一个行走轮和处于外圈的与其相对的行走轮向第四弧形方向反向转动，所述处于弧形内圈的行走轮转速小于处于弧形外圈的行走轮，所述另外两个行走轮，有一个靠近弧形区域，一个远离弧形区域，两个行走轮都朝向弧形方向转动，其中处于外圈的行走轮速度大于处于内圈的行走轮。

进一步的，所述行走轮不转动时，所述支撑在行走轮底部的转子转动。

当行走轮不转动时，由于在转动的行走轮的带动作用，不转动的行走轮会在地面摩擦，一方面增加了运动的阻力，另一方面会对行走轮造成磨损，因此行走轮不转动时，转子会在机器人行走的带动下转动。

进一步的，所述行走轮转动时，所述第一转轮和第二转轮上的转子交替支撑于地面。

为了防止磨损非安装位的轮圈部分，本发明设置的转子均相对于其对应的轮边框凸起，使得另一个行走轮的轮圈不会接触地面，使得行走轮无论怎么转动，总会有一个行走轮的转动机构与地面接触，防止轮圈的磨损。

进一步的，所述机器人弧线行走时，所述第一转轮和第二转轮的转子交替支撑于地面的同时又需要转动。

当弧形运动时，根据运动轨迹的不同，既需要行走轮的转动，在不同的运动轨道上，又需要转子的转动，通过灵活的设计，能够保证机器人能够在做出反应后，快速运动至指定位置。

本发明的有益效果，本发明的机器人行走方法，通过接收到的指令快递转动滚轮调节方向，再通过相对侧滚轮的转动使机器人行走至指定位置，该方法快速灵活，特别针对格斗机器人，能够对指令迅速做出反应。

附图说明

图1为本发明机器人主视图。

图2为本发明机器人俯视图。

图3为本发明机器人行走装置支腿立体图。

图4为本发明行走装置的行走轮拆解图。

图5为本发明行走装置的行走轮爆炸图。

图6为本发明机器人行走方法流程图。

图7为本发明机器人沿第一轴方向行走示意图。

图8为本发明机器人沿第二轴方向行走示意图。

图9为本发明机器人旋转行走示意图。

图10为本发明机器人在第一轴第二轴夹角方向直线行走示意图。

图11为本发明机器人沿第一弧形方向行走示意图。

图12为本发明机器人沿第二弧形方向行走示意图。

图13为本发明机器人沿第三弧形方向行走示意图。

图14为本发明机器人沿第四弧形方向行走示意图。

具体实施例

一种机器人行走方法，如图1所示，设置在机器人主体1下端，所述行走装置包括多条支腿2。如图2~3所示，所述支腿2包括第一支腿21、第二支腿22、第三支腿23和第四支腿24，所述每条支腿2下端设有一个电机保护壳3和行走轮4，所述电机保护壳3内置驱动电机5，所述第一支腿21下端设有第一行走轮41，所述第二支腿22下端设有第二行走轮42，所述第三支腿23下端设有第三行走轮43，所述第四支腿24下端设有第四行走轮44，所述四条支腿呈十字形分布，形成第一轴和第二轴，所述第一支腿21和第三支腿23下端的驱动电机5分别驱动第一行走轮41和第三行走轮43以第一轴为中心转动，所述第二支腿22和第四支腿24下端的驱动电机分别驱动第二行走轮42和第四行走轮44以第二轴为中心转动，所述第一轴与第二轴相互垂直。

如图4所示，所述每个行走轮4包括第一转轮45、第二转轮46以及中心轴47，所述第一转轮45和第二转轮46通过中心轴47固定，所述驱动电机5通过驱动中心轴47转动而带动第一转轮45和第二转轮46同时转动。

如图4所示，所述转轮的轮边分别设有四个相互对称的安装位48，所述第一转轮45和第二转轮46的安装位交错排列，所述第一转轮45和第二转轮46结构相同，如图4~5所示，所述转轮45包括脚轮连接轴451、转轮上盖452、橄榄球形转子453、转子转轴454、转轮下盖455以及转轮锁紧轴456，所述转轮设有四个橄榄球形转子453，并设有4个相应的安装位。进一步的，如图4所示，所述转子453均相对于其对应的轮边凸起。

如图6所示，所述行走方法包括以下步骤：

s1：启动机器人；

s2：信号接收模块接收行走指令，行走轮按设定程序转动；

s3：接收模块接收停止指令或未接收到行走指令，行走轮停止转动。

所述步骤s2中，所述行走指令包括：

如图7所示，机器人沿第一轴方向行走：所述第二行走轮42和第四行走轮44同步反向转动；所述第一行走轮41和第三行走轮43不转动；

如图8所示，机器人沿第二轴方向行走：所述第一行走轮41和第三行走轮43同步反向转动；所述第二行走轮42和第四行走轮44不转动；

机器人转动：如图9所示，所述四个行走轮同步同向转动，或第一行走轮41和第三行走轮43同步同向转动并带动第二行走轮42和第四行走轮44同步同向转动，或第二行走轮42和第四行走轮44同步同向转动并带动第一行走轮41和第三行走轮43同步同向转动，即顺时针和逆时针方向均可实现。

所述步骤s2中，所述行走指令还包括：机器人沿第一轴和第二轴夹角方向行走：如图10所示的机器人沿第一轴和第二轴夹角方向，即箭头所指方向行走的一种情况，所述四个行走轮同步同向转动至第一轴或第二轴与箭头所指方向垂直时，所述与箭头所指方向垂直的轴线上的行走轮同步反向转动，而与箭头方向平行的轴线上的行走轮停止转动。除了图10所示行走方式外，当机器人收到沿第一轴和第二轴夹角方向行走的指令时，还可有其他方式行走，其中相对的一组行走轮同步同向转动，而另外一组行走轮自身电机未发动，而通过前一组行走轮的带动而转动，当前一组行走轮转动至与所指箭头方向垂直或平行时，与箭头所指方向垂直的轴线上的行走轮同步反向转动，而与箭头方向平行的轴线上的行走轮停止转动，除箭头所指方向外，第一轴和第二轴任意夹角方向均可根据此方法转换相应的转动方法实施。

所述步骤s2中，如图11所示，所述行走指令还包括：机器人沿第一弧形方向行走：所述处于弧形内圈的行走轮有两个100和101，同时朝远离弧形轨道的方向转动，同时，与100相对的行走轮102与行走轮100同步同向转动；与行走轮101相对的行走轮103与行走轮101同步同向转动。

所述步骤s2中，如图12所示，所述行走指令还包括：机器人沿第二弧形方向行走：处于弧形内圈的行走轮有两个104和105，其中一个圈内行走轮104和与其相对的行走轮106同时反向转动，处于弧形内圈的行走轮104转速小于处于弧形外圈的行走轮106，所述另外两个行走轮105和107不转动。

所述步骤s2中，如图13所示，所述行走指令还包括：机器人沿第三弧形方向行走：处于弧形内圈的行走轮有108和109，其中行走轮108与其相对的处于外圈的行走轮110同时反向转动，所述处于弧形内圈的行走轮108转速小于处于弧形外圈的行走轮110，所述另外两个行走轮109和111同步同向转动，行走轮109转动方向为沿弧形方向。

所述步骤s2中，如图14所示，所述行走指令还包括：机器人沿第四弧形方向行走：处于弧形内圈的行走轮有两个，为行走轮112和行走轮113，所述行走轮112和行走轮113沿弧线方向同步转动，与行走轮112相对的处于圈外的行走轮114反向转动，所述处于弧形内圈的行走轮112转速小于处于弧形外圈的行走轮114，所述行走轮113与其相对的行走轮115反向转动。

所述行走轮不转动时，所述支撑在行走轮底部的转子转动。

所述行走轮转动时，所述第一转轮和第二转轮上的转子交替支撑于地面。

所述机器人弧线行走时，所述第一转轮和第二转轮的转子交替支撑于地面的同时又需要转动。

以上所述仅为本发明的较佳实施例或多种实施方式的其中一种实施例而已，并不用以限制本发明，如实施例中沿轴向运动时，仅表现了其中一种实施方式，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。