一种多场景自适应四足复合作业机器人的制作方法

本发明涉及机器人，具体为一种多场景自适应四足复合作业机器人。

背景技术：

1、随着机器人技术的发展，搭载机械臂的四足复合机器人被应用于巡检、探测及现场作业等场景。在实际应用中，这种复合机器人在面对复杂作业环境时存在一些技术局限。

2、现有的机器人移动底盘通常采用单一的轮式或足式结构。单纯的轮式底盘在平整路面移动速度快，但在面对台阶或崎岖路面时通行受阻；单纯的足式底盘具备越障能力，但在平坦地形上的移动效率偏低且能耗较高，导致机器人难以兼顾多地形场景下的移动速度与越障需求。

3、在执行作业任务时，机械臂的前伸与转动会改变整机的质心分布，传统的机身平衡多依赖调整机械足的关节角度，其质心调节范围受到足端结构限制，难以完全抵消机械臂运动引发的重心偏移，影响机器人的站立稳定性。此外，复合机器人在各类地形上进行接触式作业时，底盘的位移变化与机身姿态波动会直接传递至机械臂末端。由于现有控制方式缺乏机身底盘与机械臂之间的协同补偿机制，使得机械臂末端在接触目标物体时的受力产生波动，难以满足接触式检测或表面处理等任务对受力恒定的技术要求。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题在于，现有四足复合作业机器人面对复杂地形时移动方式单一导致地形适应能力不足，且搭载机械臂进行作业时，机械臂运动引起整机质心偏移，加之移动底盘的位移变化导致末端接触力波动，影响作业稳定性和恒力接触效果。

2、为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供一种多场景自适应四足复合作业机器人，包括机身，所述机身的外部安装有多个机械足，每个所述机械足的底部均设置有动力机构，每个所述动力机构的底部均设置有多模轮机构，所述机身的内部安装有处理器，所述机身的顶部安装有电动滑轨，所述电动滑轨上设置有协作臂机构，所述机身的底部安装有激光雷达；

4、所述处理器包括环境感知模块、步态调度模块、位姿补偿模块和作业控制模块；

5、多个所述多模轮机构均包括电磁插销，所述电磁插销固定在所述动力机构的底部，所述电磁插销的顶部转动连接有滚轮，所述滚轮的外部开设有传动槽，所述滚轮的内部开设有活动槽，所述活动槽的内部固定有多个限制柱，所述活动槽的内部设置有多个足垫组件。本发明的多模轮机构结合处理器调度，通过电磁插销与滚轮内部结构的机械配合，实现轮式滚动接触与固定足端接触的形态转换，适应不同地形环境；

6、电动滑轨与机械臂协同动作，依靠反向直线运动抵消质心前伸偏移，维持机身受力平衡。

7、优选的，所述电磁插销的输出端可伸入所述传动槽的内部，所述电磁插销的输出端为锥形结构，所述活动槽的底部开设有多个第一滑槽，多个所述第一滑槽均通至所述传动槽的内部，所述活动槽的顶部开设有多个第二滑槽，多个所述第二滑槽均通至所述滚轮的外部。电磁插销的锥形输出端在传动槽内产生垂直位移，为滚轮内部足垫组件的径向伸缩提供机械驱动力。

8、进一步的，多个所述足垫组件之间均固定连接有弹力带，每个所述足垫组件均设置在每两个所述限制柱之间，每个所述弹力带均设置在对应所述限制柱的底部。弹力带在足垫组件之间形成向心张力，在电磁插销回缩解除推力时提供物理复位拉力，驱动足垫组件收回滚轮内部。

9、进一步的，多个所述足垫组件均包括活动板，所述活动板滑动连接在所述活动槽的内侧，所述活动板的顶部固定有两个足垫块，所述活动板的底部固定有斜面条。

10、进一步的，每个所述足垫块均滑动连接在对应所述第二滑槽内侧，每个所述斜面条均滑动连接在对应所述第一滑槽的内侧，每个所述斜面条均穿过对应所述第一滑槽通至所述传动槽的内部。当电磁插销的锥形输出端伸入传动槽挤压斜面条时，推力通过斜面配合转换为横向驱动力，驱使活动板在活动槽内滑动，顶升足垫块穿过第二滑槽凸出于滚轮表面。该机械联动配合电磁插销对滚轮的锁死动作，完成底盘轮式滚动与固定足端形态的切换。

11、优选的，多个所述动力机构均包括动力壳，所述动力壳的内部安装有动力电机，所述动力电机的输出端固定有第一平齿轮，所述动力壳的内部转动连接有第二平齿轮，所述第一平齿轮和所述第二平齿轮啮合连接；

12、所述动力壳的底部固定有连接壳，所述第二平齿轮的底部固定有传动杆，所述传动杆的底部固定有第一锥齿轮。

13、进一步的，所述连接壳的内部转动连接有连接柱，所述连接柱的一端固定有第二锥齿轮，所述连接柱的另一端固定连接在所述多模轮机构的外部。

14、进一步的，所述第一锥齿轮和所述第二锥齿轮啮合连接，所述传动杆转动连接在所述连接壳的内部。动力电机输出的扭矩依次经由平齿轮组与锥齿轮组构成的正交传动链路传递至连接柱，驱动多模轮机构转动，提供轮式移动模式的底部驱动力。

15、在本发明的一个优选实施例中，所述协作臂机构包括转动台，所述转动台安装在所述电动滑轨上，所述转动台的顶部固定有机械臂，所述机械臂的顶部安装有切换安装头。转动台与电动滑轨构成直线移动副，使整个协作臂机构在机身顶部具备直线滑移能力。

16、在本发明的一个优选实施例中，所述处理器内的各模块具体配置为：

17、所述环境感知模块，接收所述激光雷达采集的三维点云数据，计算点云高程方差，并基于所述点云高程方差与预存平整度阈值的比对结果输出地形类别标识；

18、所述步态调度模块，根据所述地形类别标识控制所述动力机构、所述电磁插销和所述机械足，实现所述多模轮机构在滚动的轮式移动状态与锁死的固定足端越障状态之间的物理形态切换；

19、所述位姿补偿模块，获取所述机械臂前伸造成的质心前向偏移量，并控制所述电动滑轨驱动所述协作臂机构向相反方向移动对应的位移，以进行整机质心滑移实时补偿；

20、所述作业控制模块，基于所述机械臂各关节的关节转矩反馈值估算末端接触力，并将估算接触力与目标接触力之间的力误差代入预设的阻抗控制模型，解算末端位移修正量转换为关节角度补偿指令，以跨越底盘位移干扰实现末端恒力接触。上述配置利用点云高程方差量化地形特征作为底盘形态切换依据；

21、通过电动滑轨驱动协作臂反向位移，机械抵消机械臂前伸造成的整机质心变化；

22、通过作业控制模块采集关节转矩闭环反馈修正机械臂角度，抵消底盘姿态波动对作业末端造成的力学扰动，维持接触面受力恒定。

23、本发明提供了一种多场景自适应四足复合作业机器人。具备以下有益效果：

24、1、本发明通过多模轮机构中电磁插销与足垫组件的机械配合，结合环境感知模块计算的点云高程方差判断地形平整度，利用步态调度模块控制电磁插销输出端的位移，驱动足垫块从滚轮内部凸出或收回，使机器人在平坦路面采用轮式移动保证行进速度，在复杂地形转为固定足端接触以增加地形适应力，解决单一移动结构难以兼顾多环境适应性的技术问题。

25、2、本发明通过在机身顶部设置电动滑轨并搭载协作臂机构，配合处理器中的位姿补偿模块获取机械臂前伸时的质心前向偏移数据，进而控制电动滑轨驱动转动台连同机械臂向质心偏移的相反方向产生对应的物理位移，依靠反向运动抵消作业过程中产生的力矩失衡，维持整机重心的动态稳定，防止机器人在伸展作业时发生倾覆现象。

26、3、本发明通过作业控制模块实时获取机械臂各关节的转矩反馈值来估算末端接触力，将估算受力与设定目标受力的误差输入预设的阻抗控制模型中进行解算，输出末端位移修正量并转换为关节角度补偿指令下发至协作臂机构，依据底盘在移动或越障时产生的位移干扰实时调整机械臂的末端姿态，维持切换安装头在接触作业面时的受力恒定。