本说明书实施例涉及移动机器人领域，尤其是一种具有多种运动模式的双足机器人及其控制方法。
背景技术：
可移动机器人在特殊地形的工作环境中的应用越来越广泛。而只有具备多种运动模式的机器人才能适应复杂的地形。现有足式移动机器人有两足，四足或六足等，运动模式单一，控制复杂，一般具有负杂的机械，电子等设计，整体结构尺寸较大，成本较高。
由此，亟需找到一种新型的机器人，可以实现多种运动模式的变化，适应不同的地面环境及功能，以克服上述问题。
技术实现要素：
本说明书实施例提供一种双足机器人，所述双足机器人包括机器人本体和两个半圆腿足，所述机器人本体包括电机驱动模块和基座，所述机器人本体上还设置有控制模块和电源模块；每个所述半圆腿足结构相同，包括一体成型的半圆形部和径向延伸部，两个所述半圆腿足对称设置于所述机器人本体两侧，连接于所述电机驱动模块的转轴两端；所述电机驱动模块和基座构成的所述机器人本体的外形包括船形部和矩形延伸部。
进一步可选的，船形部的底部在矩形延伸部的竖直投影处为水平直线下边缘，水平直线下边缘到船形部两侧边缘为圆弧形边缘。
进一步可选的，所述机器人本体的所述基座是两侧外表面均为具有镂空的t型外表面，两个所述t型外表面的两侧之间的连接部为圆角结构的连接部。
进一步可选的，所述半圆腿足和所述机器人本体的尺寸关系满足以下条件：
(1)
(2)
(3)
(4)ae2+be+c＝0
(5)
(6)
(7)
(8)
其中，所述半圆腿足径向延伸部的厚度为h，电机轴孔到径向延伸部外侧的长度为e，半圆形部的厚度为t，半圆形部的圆心到径向延伸部左侧的长度为r；
所述矩形延伸部左侧边缘与船形部左侧边缘的距离为l，延伸部右侧边缘与船形部右侧边缘的距离也为l，所述矩形延伸部的宽度为d，
电机转轴到延伸部上边缘的距离为i，电机转轴到船形部水平上边缘的距离为n，电机转轴到船形部水平下边缘的距离为j，电机转轴到船形部圆弧形边缘的长度也为r。
进一步可选的，控制模块嵌入远程控制单元，可实现远程手柄遥控，改变半圆腿足的转动速度和转动方向。
进一步可选的，控制模块能够手动控制，改变半圆腿足的转动速度和转动方向。
本说明书实施例提供一种双足机器人的控制方法，通过所述控制模块控制所述电机驱动模块，使得所述电机驱动模块的电机转轴转动，通过电机转轴转动使得机器人以不同的模式工作。
进一步可选的，通过电机转轴转动使得机器人以不同的模式工作具体包括：
a.电机转轴顺时针转动时，若机器人的初始姿态为步行姿态，机器人的运动模式能够随着电机转轴的转动依次经历五种不同的运动模式：稳步模式、摇步模式、跳步模式三种类型步行模式，再进入跳跃模式和后翻模式；
b、电机转轴顺时针转动时，若机器人的初始姿态为起跳姿态，机器人的运动模式随着电机转轴的转动先经历站立姿态，然后依次实现上述五种不同的运动模式；
c、电机转轴逆时针转动时，机器人进入前翻模式。
进一步可选的，若机器人的初始姿态为步行姿态，电机转轴顺时针转动时，当电机转轴转速为0-2.15rad/s时，机器人的运动模式为稳步模式；当电机转轴转速为2.15-5.85rad/s时，机器人的运动模式为摇步模式；电机转轴转速为5.85-7.12rad/s时，机器人的运动模式为跳步模式；电机转轴转速为7.12-17.7rad/s时，机器人将由跳步模式逐渐过渡到跳跃模式；电机转轴转速大于17.7rad/s时，机器人的运动模式为后翻模式；
若机器人的初始姿态为起跳姿态，电机转轴顺时针转动时，当电机转轴转速为0-1.27rad/s时，机器人处于站立模式；当电机转轴转速为1.27-2.07rad/s时，机器人处于稳步模式；当电机转轴转速为2.07-6.06rad/s时，机器人的运动模式为摇步模式；电机转轴转速为6.06-7rad/s时，机器人的运动模式为跳步模式；电机转轴转速为7-17.42rad/s时，机器人将由跳步模式逐渐过渡到跳跃模式；电机转轴转速大于17.42rad/s时，机器人的运动模式为后翻模式。
进一步可选的，在所述步行模式、跳跃模式和后翻模式中，随着电机转轴的转动，机器人的运动过程都依次包括：a.半圆腿足着地的同时机器人本体相对于电机转轴做圆周运动离开地面，b.半圆腿足与机器人本体同时离开地面；c.机器人本体着地。
本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
(1)机器人的基座的圆角连接机械设计为防倾翻设计；
(2)半圆形腿足与机器人本体的设计使得机器能够具有多种运动模式；
(3)全新的机器人整体尺寸参数设计；
(4)通过调节电机转轴的转动速度就能够实现运动模式变换；
(5)机器人所能实现的至少5种运动模式机器组合；
(6)适应不同的地面环境及功能。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的总体装配示意图；
图2a是本发明的半圆腿足设计参数图；
图2b是本发明的机器人本体设计参数图；
图2c是本发明的机器人跳跃初始状态；
图2d是本发明的机器人步行初始状态；
图3是本发明的基座设计示例图；
图4是本发明的起跳姿态运动模式分析图；
图5是本发明的步行姿态运动模式分析图；
图6是本发明的前翻运动模式分析图；
图7是本发明的四种主要运动模式示例图；
图8a是本发明的步行姿态模式变换分析图；
图8b是本发明的起跳姿态模式变换分析图；
图8c是本发明的前翻模式变换分析图。
图中：1、控制模块；2、半圆腿足；3、电机驱动模块；4、电源模块；5、基座。
具体实施方式
参照图1，电机驱动模块3的转轴两端与两半圆腿足2固定连接，实现电机转动同时带动两腿足转动。
电源模块4，控制模块1和电机驱动模块3绑定在一起，基座5能部分遮挡控制模块1和电源模块4，并与电机驱动模块3通过两销钉在一起。
在基座5和电机驱动模块3的合适位置可布置两摄像头从而实现侦查等功能。
控制模块1嵌入远程控制单元，可实现远程手柄遥控，从而改变半圆腿足的转动速度和转动方向的变化。
参照图2a，半圆腿足参数模型包括一体成型的半圆形部和延伸部，其中延伸部为矩形，如图中所示方式放置，延伸部的厚度为h，电机轴孔到延伸部外侧的长度为e，半圆形部的厚度为t，半圆形部的圆心到延伸部左侧的长度为r。
参照图2b，将电气驱动模块3和基座5连接构成整个机器人本体，机器人本体包括船形部和延伸部，其中，延伸部为矩形结构，当船形部水平放置时，延伸部从船形部的水平上边缘延伸出来并垂直于该水平线的延伸部。
延伸部左侧边缘与船形部左侧边缘的距离为l，延伸部右侧边缘与船形部右侧边缘的距离也为l，延伸部的宽度为d，船形部的底部在延伸部的竖直投影处为水平下边缘，水平下边缘到船形部两侧边缘为圆弧形边缘。
电机轴孔到延伸部上边缘的距离为i，电机轴孔到船形部水平上边缘的距离为n，电机轴孔到船形部水平下边缘的距离为j，电机轴孔到船形部圆弧形边缘的长度为r。
参照图2c、图2d，将半圆腿足和机器人本体两部分组合后进行重新构型，半圆腿足和机器人本体之间在横卧和直立状态满足两图所示的几何关系。
参照图2a、2b、2c、2d，图中各尺寸之间的关系满足下列等式。
(1)
(2)
(3)
(4)ae2+be+c＝0
(5)
(6)
(7)
(8)
参照图3，本发明的基座涉及包括两种类型，左侧的基座设计为普通型设计，其边角设计成直边；右侧的基座设计为防倾翻设计，其特征为边角设计为圆角。
参照图4，电机顺时针转动，从起跳姿态到最终落地并实现一个周期，机器人共经历四个阶段。起跳，离地前，腾空，触地摇摆，然后进入另一姿态，所述另一种姿态包括步行姿态、跳跃姿态和后翻姿态。
上述由起跳姿态开始，之所以会经历三种不同的运动轨迹，是因为电机速度的不同，导致半圆腿足和机器人本体的动力学性能的变化。
参照图5，电机顺时针转动，机器人从步行姿态出发并完成一个周期后，与从起跳姿态出发相同，由于电机转速变化而产生三种不同的运动姿态，所述运动姿态包括步行姿态、跳跃姿态和后翻姿态。
参照图6，电机逆时针转动时，不论是从步行姿态出发还是从起跳姿态出发，机器人都会会进入一种相同的循环状态。因此在电机反转时，机器人只有一种前翻模式。
参照图7，本发明中的机器人的四种主要运动模式包括：步行模式、跳跃模式、后翻模式、前翻模式。
参照图8a、图8b、图8c，为分析各模式变换时的电机转速情况，对机器人建模并进行动力学分析，电机驱动模块的转轴在竖直方向距离水平面的距离定义为y，y随运动模式的变化而变化的曲线图如图所示，在稳步模式中，曲线呈现两个脉冲波峰，其余位置趋于平稳；在摇步模式中，曲线呈现为波谷越来越小的连续的脉冲波形；在跳步模式中，曲线包括一尖锐的波谷脉冲；在跳跃模式中，曲线为均匀震荡的脉冲波形；在前翻模式中，在所述转轴的转动频率小于不稳定状态的频率时，曲线均匀震荡的脉冲波形，波峰与相邻波峰的距离随转轴的转速增大而减小。
在动力学分析中，设置电机转速成线性加速状态，机器人的运动呈现出不同的运动模式。
图8a中，以步行姿态开始运动，机器人的运动状态经历从稳步，摇步，跳步三种类型步行状态，再到跳跃，后翻，共计五种不同的运动模式。如果选取图中运动模式之间的任意速度，机器人将作出相应状态的运动。
图8b中，机器人以起跳姿态开始运动，机器人的运动状态经历先站立，然后依次实现同第一种模式相同的五种模式变换(稳步，摇步，跳步，跳跃，后翻)，同理选取其中任意速度，机器人做相应运动。
图8c中，改变机器人转动关节的速度的方向，实现前翻模式变换。在速度增大的过程中，机器人的前翻模式不变，直至速度增大到与本体固有频率近似，呈现出不稳定状态。在此过程中选取任意速度，都可实现机器人的前翻模式。
按照上述分析，仅需通过远程遥控或手动调节，控制机器人电机的转速达到上述不同模式之间的某个值即可。在本发明实例中，只需选取如下表格中电机的速度值即可。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书实施例中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。