1.一种六足草莓采摘机器人的行走方法,包括六足草莓采摘机器人,其特征在于,所述六足草莓采摘机器人左右侧对称设有具有髋关节、膝关节的三条腿,其左侧三条腿从前往后记为1号腿、3号腿、5号腿,右侧三条足从前往后记为2号腿、4号腿、6号腿,六足草莓采摘机器人的六条腿分为两组,第一组腿为1号腿、4号腿、5号腿,第二组腿为2号腿、3号腿、6号腿,六足草莓采摘机器人行走时具有直线步态、转弯步态;
所述直线步态方法实现方法如下:
六足草莓采摘机器人的两组腿均具有直线摆动相和直线支撑相,所述直线摆动相指腿抬起向前摆动,所述直线支撑相指支撑六足草莓采摘机器人的腿同时向后摆动,六足草莓采摘机器人的两组腿交替变化直线摆动相和直线支撑相,使机器人实现重心不断向前的直线步态;
所述转弯步态实现方法如下:
六足草莓采摘机器人的两组腿均具有转弯摆动相和转弯支撑相,所述转弯摆动相指腿抬起沿六足草莓采摘机器人的中心点顺时针或者逆时针摆动,所述转弯支撑相指腿支撑六足草莓采摘机器人的同时沿六足草莓采摘机器人的中心点逆时针摆动或者顺时针摆动,转弯摆动相和转弯支撑相中腿的摆动方向相反,六足草莓采摘机器人的两组腿交替变化转弯摆动相和转弯支撑相,使机器人实现顺时针或逆时针转弯步态;
六足草莓采摘机器人的机身关于几何中心点左右对称且前后对称的结构,而且质地均匀,使机身的重心点与机身的中心点在水面方向重合,以六足草莓采摘机器人的中心点为原点,沿横向为X轴,沿纵向为Y轴,建立平面坐标系,所述六足草莓采摘机器人的1号腿、2号腿、5号腿、6号腿距离中心点的距离相同,3号腿、4号腿的固定端距离中心点的距离相同,且每条腿的长度相同,六足草莓采摘机器人1号腿、2号腿之间的距离以及5号腿、6号腿之间的距离均为d,1号腿、3号腿之间的距离以及3号腿、5号腿之间的距离均为e,3号腿、4号腿之间的距离为f;
六足草莓采摘机器人直线步态中,保持平衡的方法如下:
设六足草莓采摘机器人静止站立状态时,腿的固定端和自由端之间在X轴方向上的长度为a,机器人的半步长为b,A、B、C、D、E、F分别是2号腿、3号腿、6号腿、1号腿、4号腿、5号腿自由端的位置,A’、B’、C’、D’、E’、F’分别是2号腿、3号腿、6号腿、1号腿、4号腿、5号腿的重心位置,A’、B’、C’的坐标分别是,A'((a+d)/2,e-b/2),B'(-(f+a)/2,-b/2),C'((a+d)/2,-(e+b/2)),设每条腿的重量都是mg,六足草莓采摘机器人重心的计算过程如下:X轴向的重心位置:
x=(a+2d-f)/2
Y轴向的重心位置:
y=-1.5b
重心的坐标位置(m,n)=((a+2d-f)/2,-1.5b),重心距离原点的长度为:
为了避免重心跳出ΔABC区域,需要计算抬腿起始点和着地终止点的坐标,设D,E,F为着地点,各自的坐标分别为:D(-(a+d/2),e+b),E(a+f/2,b),F(-(a+d/2),b-e),此时重心点与EF线最为接近,设置此线为危险线,计算重心点和EF线之间的函数关系过程如下:y-yE=K(x-xE)
将(m,n)带入上述函数有:
即腿的固定端和自由端之间在X轴方向上的长度a与机器人的半步长b之间的长度变量函数关系,为了寻找合适的步长和腿长度之间的关系,仿真出腿的固定端和自由端之间在X轴方向上的长度a与机器人的半步长b之间的关系,满足关系就能保证六足草莓采摘机器人稳定前进。
2.根据权利要求1所述的六足草莓采摘机器人的行走方法,其特征在于,六足草莓采摘机器人转弯步态中,保持平衡的方法如下:转弯步态中,1号腿、4号腿、5号腿和2号腿、3号腿、6号腿分别做支撑相和摆动相交替运动,设1号腿、2号腿、5号腿、6号腿的固定端距离原点的距离为r1,3号腿、4号腿的固定端距离原点的距离为r2,其中, r2=f/2,r1与r2由机身尺寸决定,是六条腿分布的外边界和内边界,机器人在转弯的过程中摆动相的三条腿和支撑相的三条腿在x-y轴平面的投影始终保持着各自互相平行的关系,在这个过程中支撑相腿的支撑点为防止脚底打滑,始终和机身原点之间保持距离不变的关系,摆动相的腿在摆动过程中保持沿设定的轨迹线摆动,在这个过程中各摆动相腿的自由端始终和腿固定点之间的水平距离保持不变的关系,以保证六足草莓采摘机器人在整个转弯步态过程中是围绕着机身原点发生偏移的稳定转弯。
3.根据权利要求2所述的六足草莓采摘机器人的行走方法,其特征在于,求解六足草莓采摘机器人转弯步态参数之间的函数关系:当机器人运动时摆动相的重力会使重心发生移动,因此需要研究清楚重心位置和受力区域的关系,摆动相腿的重心点位置分别为A’(-(a+d)/2,e+b/2),B’((f+a)/2,-b/2),C’(-(a+d)/2,b/2-e),支撑相腿的足端位置坐标分别为D(d/2+a,e+b),E(-(f/2+a),-b),F(d/2+a,b-e),重心在x轴向的位置为:
重心在y轴方向的位置:
故重心坐标为 重心坐标与直线DE的距离最近,因此重心最有可能翻越直
线DE发生倾覆,DE的函数表达式为:
将重心坐标带入函数表达式计算,得出腿的固定端和自由端之间在X轴方向上的长度a与机器人的半步长b之间的关系式如下:仿真出转弯过程中腿的固定端和自由端之间在X轴方向上的长度a与机器人的半步长b之间的函数关系。
4.根据权利要求2所述的六足草莓采摘机器人的行走方法,其特征在于,直线步态运动方式如下:
所述六足草莓采摘机器人具有数据寄存器,数据寄存器采用并联方式连接各个带编码器的用于控制各关节的舵机,各腿发送的数据直接能够通达数据寄存器,当第i步起始时,1号腿支撑机器人本体,保持第i步态的坐标值,机器人进行逆运算,进行等效变化,然后将1号腿步态信息发送至数据寄存器,之后完成2号腿的摆动相,2号腿的髋关节和膝关节舵机分别收紧抬起,使2号腿离开地面,并在2号腿摆动相的中间位置获得最高点,然后髋关节和膝关节分别放下落地,完成此动作的信息通过机器人逆运算后,发送信息到数据寄存器,与此同时,3号腿和6号腿,与2号腿一样进行抬腿、放腿动作,信息发送到数据寄存器,而4号腿、5号腿则与1号腿一样保持支撑状态;
当完成1/2个周期动作后,判断是否需要完成整个周期运动,否则只进行半周期运动而停止,如果需要完成整个周期运动,1号腿变为摆动相,髋关节和膝关节收紧抬起,离开地面,在摆动相中间位置,其腿离开地面最高,然后髋关节和膝关节放松,逐步放下落地,支撑机器人本体,机器人进行逆运算,进行等效变化,然后将1号腿步态信息发送至数据寄存器,之后2号腿支撑机器人本体,保持第i步态的坐标值,机器人进行逆运算,进行等效变化,然后将2号腿步态信息发送数据寄存器,与此同时,3号腿和6号腿,与2号腿一样保持支撑状态,而4号腿、5号腿则与1号腿一样进行抬腿、放腿动作,信息发送到数据寄存器。