一种多支撑腿单元行走平台及其控制方法与流程

本发明涉及机器人领域，具体涉及一种多支撑腿单元行走平台及其控制方法。

背景技术：

步行机器人是具有人形的仿人形机器人。步行机器人是通过它的身体的重力感应器和脚底的触觉传感器把地面的状况送回电脑，电脑则根据路面情况作出判断，进而平衡身体，稳定地前后左右行走。它不仅能走平路，还可以走台阶和倾斜的路。它站立稳定，推不倒，脚底不平也能保持身体的直立姿态。

随着科学技术的发展，机器人在各行各业中都有很多应用，但是目前的步行机器人转弯半径大，如建筑机器人，建筑机器人的工作道路不平，机器人的agv底盘在平整路面上可以工作，但在转弯的时候需要的转弯半径较大，且建筑机器人在崎岖道路上无法实现平台的稳定，不能满足平稳移动的需要。

综上，现有的步行机器人存在转弯半径大，结构复杂，负载平台无法稳定保持水平移动的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对上述缺陷，提供一种多支撑腿单元行走平台及其控制方法，以解决现有技术中存在的问题，实现行走平台结构简单的同时能够平稳的保持平台水平移动。

本发明提供一种多支撑腿单元行走平台，包括：

负载平台；多个支撑腿单元，多个支撑腿单元支撑在负载平台不同侧的下方；每一支撑腿单元包括一个基架和两个支撑腿，两个支撑腿为第一支撑腿和第二支撑腿，第一支撑腿和第二支撑腿均可被独立控制旋转和改变伸缩长度；与多个支撑腿单元对应设置的多个支架，每一支架其一端可转动的固定在负载平台上，另一端可移动的固定在其所对应的支撑腿单元的基架上；多个支撑腿单元的第一支撑腿共同构成第一支撑腿组，多个支撑腿单元的第二支撑腿共同构成第二支撑腿组，第一支撑腿组的各个支撑腿和第二支撑腿组的各个支撑腿均可被控制同步转动；多个支架可同步移动的与多个支撑腿的基架配合在一起；当多支撑腿单元行走平台需要迈出第一支撑腿组或第二支撑腿组时，多个支架在各自对应的基架上可同步移动使负载平台重心移动到需要承重的支撑腿组上；当负载平台重心落在需要承重的支撑腿组上时，这一端的支撑腿组被控制使负载平台形成稳定平面并使得这一平面保持水平；行走时，第一支撑腿组和第二支撑腿组交替迈出完成行走动作。

进一步可选地，多个支架形成一整体框架或者是分别单独设置。

进一步可选地，支撑腿单元的支架上形成有移动部,所述基架对应的形成有导轨或导槽结构与所述移动部配合。

进一步可选地，移动部为滚轮或滑块。

进一步可选地，每一支架均设有支架驱动单元，使支架能相对基架移动和带动所对应支撑腿单元相对负载平台整体旋转。

进一步可选地，每一支架驱动单元均包括支架移动驱动电机和支架旋转驱动电机。

进一步可选地，每一支撑腿是电推杆、液压杆，气动杆或电动伸缩架中的一种。

进一步可选地，每一支撑腿均设有支撑腿驱动单元，使支撑腿可被独立控制伸缩和旋转。

进一步可选地，每一支撑腿驱动单元包括一支撑腿旋转驱动电机和支撑腿伸缩驱动电机。

进一步可选地，负载平台和所述多个支撑腿单元的基架均设有水平传感器。

进一步可选地，多个支撑腿单元大于等于3个。

本发明还提供一种多支撑腿单元行走平台的控制方法，包括：

s1：当要迈出的腿组是第一支撑腿组时，使多个支架载着负载平台同步向各自支撑腿单元的第二支撑腿移动，直到负载平台的重心落在由多个第二支撑腿构成的第二支撑腿组上；

s2：使第一支撑腿组的各个第一支撑腿缩短；

s3：使各个支撑腿单元绕各自第二支撑腿向同一运动方向旋转；

s4：在第一支撑腿组的各第一支撑腿转动到指定方向的过程中或过程后，使第一支撑腿组的各第一支撑腿进行复位旋转并在第一支撑腿组落地前完成；

s5：在使第一支撑腿组的各第一支撑腿进行复位旋转过程中或过程后，使第一支撑腿组的各第一支撑腿伸长，保证第一支撑腿组完成复位旋转落地后负载平台稳定且保持水平；

s6：当多个第一支撑腿落回到地面后，控制多个支架移动，使负载平台重心落在由多个第一支撑腿构成的第一支撑腿组上；

s7：完成多支撑腿单元行走平台第一支撑腿组的运动动作。

进一步地，一种多支撑腿单元行走平台的控制方法，还包括：

s8：当完成第一支撑腿组的运动动作后，控制由各支撑腿单元第二支撑腿构成的第二支撑腿组迈出；

s9：使多个支架载着负载平台同步向各自支撑腿单元的第一支撑腿移动，直到负载平台的重心落在由多个第一支撑腿构成的第一支撑腿组上；

s10：使第二支撑腿组的各个第二支撑腿缩短；

s11：使各个支撑腿单元绕各自第一支撑腿向同一运动方向旋转；

s12：在第二支撑腿组的各第二支撑腿转动到指定方向的过程中或过程后，使第二支撑腿组的各第二支撑腿进行复位旋转并在第二支撑腿组落地前完成；

s13：在使第二支撑腿组的各第二支撑腿进行复位旋转过程中或过程后，使第二支撑腿组的各第二支撑腿伸长，保证第二支撑腿组完成复位旋转落地后负载平台稳定且保持水平；

s14：当多个第二支撑腿落回到地面后，控制多个支架移动，使负载平台重心落在由多个第二支撑腿构成的第二支撑腿组上；

s15：完成多支撑腿单元行走平台第二支撑腿组的运动动作，由此完成多支撑腿单元行走平台多撑腿组对地面的一个完整运动动作。

进一步地，当第二支撑腿组落回到地面，行走平台重复第一支撑腿组和第二支撑腿组的动作步骤就可以实现连续运动。

进一步地，旋转复位是使每个支撑腿单元的第一支撑腿或第二支撑腿因上一周期旋转而与基架形成的转角归零。

进一步地，控制第一支撑组或第二支撑组使负载平台稳定且保持水平是利用设置在负载平台上的水平位置传感器和设置在每一支撑腿单元基架上的水平传感器。

进一步地，利用设置在负载平台上的水平位置传感器，如两轴角度传感器，来检测负载平台的角度值，从而判断负载平台是否有偏移，如有偏移根据测量的角度值进行相应调整以使负载平台保持水平。

进一步地，利用设置在每一支撑腿单元基架上的水平传感器来调整支撑腿单元基架使其保持水平状态。水平传感器可为压力传感器或者角度传感器。

本发明通过设置多个支撑腿单元，并且每一个支撑腿单元内的支撑腿可被单独控制，旋转半径小，结构简单，支撑腿被单独控制可以实现在移动过程中负载平台的水平平稳移动，便于在转弯半径较小的情况下实现转弯。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，但本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中

图1为本发明多支撑腿单元行走平台实施例1立体示意图(3*2六脚机器人，伸缩架作为腿)；

图2为本发明实施例1支架与负载平台之间的安装结构示意图；

图3为本发明实施例1支架与基架之间的安装结构示意图；

图4为本发明多支撑腿单元行走平台实施例2立体示意图。

结合附图，本发明实施例中附图标记如下：

1-负载平台；

2-支撑腿单元；

21-基架；211-导槽；23-基架水平位置传感器

22-支撑腿；221-第一支撑腿；222-第二支撑腿；2211-第一支撑腿驱动机构；22111-第一支撑腿旋转驱动电机；22112-第一支撑腿伸缩驱动电机；

23-底盘；231-第一支撑腿底盘；232-第二支撑腿底盘；

3-支架；31-移动部；32-支架驱动机构；321-支架旋转驱动电机；322-支架移动驱动电机；33-支架水平位置传感器；

a1a2a3为第一支撑腿组；b1b2b3为第二支撑腿组。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明通过设计多个支撑腿单元，每个支撑腿单元内包含两个支撑腿，每个支撑腿可以被单独控制移动，通过支撑腿的旋转实现较小半径的平台旋转，每个支撑腿可以被控制伸缩长度，实现在道路不平的平稳移动，平台移动的同时可以保证负载平台的水平，为了更好的说明本发明的效果，下面以实施例进行详细描述。

实施例1：

为便于详细描述行走平台结构，本实施例以三个支撑腿单元2为例，每个支撑腿单元2包含两个支撑腿22，总计为六个支撑腿22，即2*2*2型式。

如图1-3，本发明提供的三个支撑腿单元行走平台，包括一具有负载能力的负载平台1；三个支撑腿单元2，三个支撑腿单元2支撑在负载平台1不同侧的下方；每一支撑腿单元2包括一个基架21和两个支撑腿22，两个支撑腿22为第一支撑腿221和第二支撑腿222，第一支撑腿221和第二支撑腿222仅仅是为方便说明，不分先后。三个支撑腿单元的第一支撑腿221共同构成第一支撑腿组a1a2a3，三个支撑腿单元的第二支撑腿222共同构成第二支撑腿组b1b2b3，第一支撑腿组a1a2a3的各个支撑腿和第二支撑腿组b1b2b3的各个支撑腿均可被控制同步转动，且同时各个支撑腿组的第一支撑腿221和第二支撑腿222也可被独立控制旋转和改变伸缩长度。

可优选的，各支撑腿底部设置有提高支撑腿和路面接触稳定性的底盘23，第一支撑腿221的底盘为第一支撑腿底盘231，第二支撑腿222的底盘为第二支撑腿底盘232。

可优选的，每一支撑腿22均设置有支撑腿驱动单元，支撑腿驱动单元包括支撑腿旋转驱动电机和支撑腿伸缩驱动电机，每一个支撑腿可被独立的进行控制伸缩和旋转，以一支撑腿单元为例，在第一支撑腿221上设置有第一支撑腿驱动单元2211，第一支撑腿驱动单元2211包括第一支撑腿旋转驱动电机22111，第一支撑腿伸缩驱动电机22112，在第二支撑腿上也有相同的结构设置。行走平台进行移动时，支撑腿22的旋转驱动电机驱动支撑腿22进行旋转，支撑腿伸缩驱动电机控制支撑腿长度的伸缩，便于控制支撑腿22在旋转移动过程中负载平台1的水平。优选的，上述的支撑腿单元2中每一支撑腿22是电推杆、液压杆，气动杆或电动伸缩架中的一种。本实施例采用的是电动伸缩架。

优选的，三个支撑腿单元行走平台还与三个支撑腿单元2对应的设置有三个支架3，每一支架3其一端可转动的固定在负载平台1上，另一端可移动的固定在其所对应的支撑腿单元2的基架21上；三个支架3可同步移动的与三个支撑腿单元的基架21配合在一起。优选的，三个支架3形成一整体框架以便于更好的实现支架3的同步移动，当然可选的，三个支架3也可以单独设置。支架3单独设置也好，整设置也好，都进一步优选的，在支架3与其对应的支撑腿单元2基架21移动配合的部位形成一移动部31，与之配合的，基架21对应的形成导轨或导槽211结构与移动部31配合，具体的，移动部31可优化为滚轮或滑块。

进一步优选的，每一支架3均设置有支架驱动单元，驱动单元包括支架移动驱动电机322和支架旋转驱动电机321，使所述支架3能相对基架21移动和带动所对应支撑腿单元2相对负载平台1整体旋转。其中，驱动单元的支架3移动驱动电机322通过支架驱动机构32驱动支架3相对基架21移动，支架旋转驱动电机321驱动支架3带动和支架3连接的对应支撑腿单元2相对负载平台1整体进行旋转。优选的，在支架移动驱动电机上设置有支架水平位置传感器33，用于控制支架的水平，支架旋转驱动电机驱动支架旋转的角度可根据道路情况进行预设。

还可以进一步优选的，上述的负载平台1和三个支撑腿单元2的基架21均设有用于监测负载平台1水平程度的基架水平位置传感器23，以控制支撑腿22的伸缩长度保持负载平台1为水平状态。

由此，当行走平台需要迈出第一支撑腿组(a1a2a3)或第二支撑腿组(b1b2b3)时，三个支架3在各自对应的基架21上可同步移动使负载平台1重心移动到需要承重的支撑腿组上；当负载平台1重心落在需要承重的支撑腿组上时，这一端的支撑腿组被控制使负载平台1形成稳定平面并使得这一平面保持水平；行走时，第一支撑腿组(a1a2a3)和第二支撑腿组(b1b2b3)交替迈出完成行走动作，由于承重腿总是与地面接触，极大的保证了行走时平台的稳定性。

实施例2：

当然，本发明并不限于每个支撑腿单元2只有三个腿，每组有四个、五个、六个也是允许的，此外，支撑腿22的类型不但可以是电动伸缩架，也可以是电推杆，如图4所示实施例，其中图4示意的就是一个采用电动伸缩杆的电动伸缩杆，此外每个支撑腿单元2具有4个支撑腿22的情形，这些都是被允许的，只要不出超出本发明的发明主旨，都在本专利的保护范围之内。

本实施例中的多支撑腿单元2的其他结构在实施例1中已有阐述，在此不再赘述。

实施例3：

本实施例提供一种多支撑腿单元行走平台的操作方法，以实施例1中2*2*2形式的三支撑腿单元2行走平台为例，如图4，具体为，

s1：当要迈出的腿组是第一支撑腿组a1a2a3时，使所述多个支架3载着所述负载平台1同步向所述各自支撑腿单元2的第二支撑腿222移动，直到负载平台1的重心落在所述由多个第二支撑腿222构成的第二支撑腿组b1b2b3上；

s2：使所述第一支撑腿组a1a2a3的各个第一支撑腿221缩短；

s3：使所述各个支撑腿单元2绕各自第二支撑腿222向同一运动方向旋转；

s4：在所述第一支撑腿组a1a2a3的各第一支撑腿221转动到指定方向的过程中，使所述第一支撑腿组a1a2a3的各第一支撑腿221进行复位旋转并在第一支撑腿组a1a2a3落地前完成；

s5：在使所述第一支撑腿组a1a2a3的各第一支撑腿221复位旋转完成后，使所述第一支撑腿组a1a2a3的各第一支撑腿221伸长，保证所述第一支撑腿组a1a2a3落地后所述负载平台1稳定且保持水平；

s6：当所述多个第一支撑腿221落回到地面后，控制所述多个支架3移动，使所述负载平台1重心落在所述由多个第一支撑腿221构成的第一支撑腿组a1a2a3上；

s7：完成多支撑腿单元2行走平台第一支撑腿组a1a2a3的运动动作。

s8：当完成所述第一支撑腿组a1a2a3的运动动作后，控制由所述各支撑腿单元2第二支撑腿222构成的第二支撑腿组b1b2b3迈出；

s9：当要迈出的腿组是第二支撑腿组b1b2b3时，使所述多个支架3载着所述负载平台1同步向所述各自支撑腿单元2的第一支撑腿221移动，直到负载平台1的重心落在所述由多个第一支撑腿221构成的第一支撑腿组a1a2a3上；

s10：使所述第二支撑腿组b1b2b3的各个第二支撑腿222缩短；

s11：使所述各个支撑腿单元2绕各自第一支撑腿221向同一运动方向旋转；

s12：在所述第二支撑腿组b1b2b3的各第二支撑腿222转动到指定方向的过程中，使所述第二支撑腿组b1b2b3的各第二支撑腿222进行复位旋转并在第二支撑腿组b1b2b3落地前完成；

s13：在使所述第二支撑腿组b1b2b3的各第二支撑腿222进行复位完成后，使所述第二支撑腿组b1b2b3的各第二支撑腿222伸长，保证所述第二支撑腿组b1b2b3落地后所述负载平台1稳定且保持水平；

s14：当所述多个第二支撑腿222落回到地面后，控制所述多个支架3移动，使所述负载平台1重心落在所述由多个第二支撑腿222构成的第二支撑腿组b1b2b3上；

s15：完成多支撑腿单元2行走平台第二支撑腿组b1b2b3的运动动作，由此完成多支撑腿单元2行走平台多撑腿组对地面的一个完整运动动作。

当第二支撑腿组b1b2b3落回到地面后，行走平台重复上述第一支撑腿组a1a2a3和第二支撑腿组b1b2b3的动作步骤就可以实现行走平台的连续运动。

上述实施例中，旋转复位是使每个支撑腿单元2的第一支撑腿221或第二支撑腿222因上一周期旋转而与基架21形成的转角归零。

优选的，为保证负载平台1在行走过程中处于水平状态，利用设置在负载平台1上的水平位置传感器和设置在每一支撑腿单元2基架21上的水平传感器控制第一支撑组或第二支撑组使负载平台1稳定且保持水平。

优选的，利用设置在负载平台上的水平位置传感器，如两轴角度传感器，来检测负载平台的角度值，从而判断负载平台是否有偏移，如有偏移根据测量的角度值进行相应调整以使负载平台保持水平。

优选的，利用设置在每一支撑腿单元基架上的水平传感器来调整支撑腿单元基架使其保持水平状态。水平传感器可为压力传感器或者角度传感器。

本实施例提供的行走平台的操作方式可以实现行走平台的移动，无论行走平台中的支撑腿单元2是几个，保证移动过程中负载平台1的水平稳定移动。

实施例4：

本实施例中，s4、s12步骤、s5、s13步骤做了调整：

具体的，s4、s12步骤为：

s4：在所述第一支撑腿组a1a2a3的各第一支撑腿221转动到指定方向过程后，使所述第一支撑腿组a1a2a3的各第一支撑腿221进行复位旋转并在第一支撑腿组a1a2a3落地前完成；

s12：在所述第二支撑腿组b1b2b3的各第二支撑腿转动到指定方向过程中，使所述第二支撑腿组b1b2b3的各第二支撑腿222进行复位旋转并在第二支撑腿组b1b2b3落地前完成；

具体的，s5、s13步骤为：

s5：在使所述第一支撑腿组a1a2a3的各第一支撑腿221进行复位旋转过程后，使所述第一支撑腿组a1a2a3的各第一支撑腿221伸长，保证所述第一支撑腿组a1a2a3完成复位旋转落地后所述负载平台1稳定且保持水平；

s13：在使所述第二支撑腿组b1b2b3的各第二支撑腿222进行复位旋转过程中，使所述第二支撑腿组b1b2b3的各第二支撑腿222伸长，保证所述第二支撑腿组b1b2b3完成复位旋转落地后所述负载平台1稳定且保持水平；

其他步骤同实施例3。

实施例5：

本实施例中，对s4、s12步骤、s5、s13步骤做了调整：

具体的，s4、s12步骤为：

s4：在所述第一支撑腿组a1a2a3的各第一支撑腿221转动到指定方向过程中，使所述第一支撑腿组a1a2a3的各第一支撑腿221进行复位旋转并在第一支撑腿组a1a2a3落地前完成；

s12：在所述第二支撑腿组b1b2b3的各第二支撑腿222转动到指定方向过程中，使所述第二支撑腿组b1b2b3的各第二支撑腿222进行复位旋转并在第二支撑腿组b1b2b3落地前完成；

具体的，s5、s13步骤为：

s5：在使所述第一支撑腿组a1a2a3的各第一支撑腿221进行复位旋转过程中，使所述第一支撑腿组a1a2a3的各第一支撑腿221伸长，保证所述第一支撑腿组a1a2a3完成复位旋转落地后所述负载平台1稳定且保持水平；

s13：在使所述第二支撑腿组b1b2b3的各第二支撑腿222进行复位旋转过程中，使所述第二支撑腿组b1b2b3的各第二支撑腿222伸长，保证所述第二支撑腿组b1b2b3完成复位旋转落地后所述负载平台1稳定且保持水平；

其他步骤同实施例3。

本发明由于始终保证每一支撑腿单元均提供一条腿形成支撑腿组，因此极大提升了在比较大的载重情况下行走的稳定性。

综上，上述所述实施例提供的多支撑腿单元行走平台的结构简单，通过设置多个支撑腿组，并根据每一支撑腿组中的每一支撑腿上的水平传感器分别独立控制每个支撑腿组的旋转移动以及控制每组支撑腿单元内的支撑腿的旋转和伸缩，实现了较小半径下的转弯的同时实现了行走平台的负载平台在移动过程中的水平稳定移动。

以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施例。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。