[发明专利]一种单自由度四杆移动机器人及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及机器人及其控制领域，尤其涉及单自由度四杆移动机器人及其控制方法。

背景技术

空间连杆移动机器人结构紧凑，移动形式多样。其中空间单自由度机器人由于结构简单，控制难度低，在机器人学术领域具有重要科研和应用价值。

中国专利公开号101890714A公开了“单自由度连杆移动机器人及其控制方法”，它给出了一种全新的单自由度连杆移动机器人，用一个电机进行驱动和控制，实现了平面不同方向的运动。其移动方向在运动过程中符合概率分布。

中国专利公开号103407507A公开了“一种单动力爬行六杆机构”，它给出了一种以空间六杆机构为基础的通过部件的翻转来实现整体移动的单动力爬行六杆机构。其通过电机的转动带动主动杆件的翻转，产生向前的摩擦力实现整体机构的平移。

中国专利公开号103303386A公开了“一种单自由度双模式滚动六杆机构”，给出了一种以不同于中国专利公开号103407507A的空间六杆机构为基础的滚动机构。其通过控制电机的急停、正反转，机构变形，实现机构的两种滚动模式，并通过两种模式的切换调整机构的移动方向。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种单自由度四杆移动四杆机器人及其控制方法，该机器人能够利用重心变化及驱动关节参数的调整，实现机器人的定向移动；同时提供了一种适用于本机器人的控制方法。

本发明的技术方案：

首先，本发明公开了一种单自由度四杆移动四杆机器人，包括：第一杆件、第二杆件、第三杆件、第四杆件、电机；其中，第一杆件、第二杆件和第三杆件重量相同，第四杆件重量大于第一至第三杆件；所述第一杆件A端与第二杆件C端、第二杆件D端与第四杆件H端、第一杆件B端与第三杆件F端分别通过连接轴实现两个杆件相互转动连接；所述第三杆件E端与第四杆件G端之间通过电机相连接。

所述的一种单自由度四杆移动机器人，其中：所述的第一杆件两端的转动副轴线间扭角为70°；第二杆件两端的转动副轴线间扭角为110°；第三杆件两端的转动副轴线间扭角为70°；第四杆件两端的转动副轴线间扭角为110°。

所述一种单自由度四杆移动四杆机器人，其中：所述连接轴两端设有卡簧槽，用于对所连接两杆件进行轴向限位。

所述一种单自由度四杆移动四杆机器人，其中：所述第三杆件E端与电机相对固定连接；第四杆件G端轴孔设有顶丝孔，电机轴与第四杆件相对固定连接。

其次，本发明公布了单自由度四杆移动机器人的控制方法，用于对上述单自由度四杆移动机器人进行控制，包括如下步骤：步骤S1，定义误差值；步骤S2，获取当前位置，判断该当前位置与目标位置之间的所述误差是否小于设定的阈值，若是，则结束控制程序，否则，执行步骤S3；步骤S3，判断机器人所朝方向与目标位置间位置关系，计算下一步运动方向，设定电机最大驱动角度β_max，设定步长；步骤S4，判断步骤S3结束后单自由度四杆移动机器人与目标位置之间的所述误差是否小于设定的阈值，若是，则结束控制程序，否则，执行步骤S3。

本发明和已有技术相比具有的有益效果：

本发明利用单自由度空间四杆机构，单电机控制实现了平面直行和转向两种运动。相较于现有机器人，单电机控制有利于节约成本，降低功耗；同时在此基础上对机器人运动方向实现了明确控制。控制方法的提出对于同类型机器人具有参考意义。

附图说明

图1单自由度四杆移动机器人整体三维图；

图2第一杆件与电机连接示意图；

图3第一杆件的三维图；

图4第二杆件的三维图；

图5第三杆件的三维图；

图6第四杆件的三维图；

图7第二杆件与第四杆件连接方式示意图；

图8连接轴的三维图；

图9(a-m)单自由度四杆移动机器人运动过程示意图；

图10最大驱动角度β_max分别为65°、70°、75°、80°、85°时机器人运动轨迹示意图；

图11单自由度四杆移动机器人控制方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。