一种爬梯四足机器人教具

技术领域

本发明涉及机器人教学领域，特别涉及一种爬梯四足机器人教具。

背景技术

攀爬机器人在如电塔维修、高层运送物资等高危作业场景中已得到逐渐的应用，成为新时代高端智能装备中的一个重要研究课题。许多学校都已加入了攀爬机器人的教学设计安排，而攀爬机器人中的四足机器人，具有高拟真度、强泛用性，是目前机器人教学主题中的一个主流。

但是，工业用四足机器人结构庞大，传感器系统繁多，姿态调整的运算程序复杂，不利于对学生进行演示教学。故现在有一些小型的四足机器人教具，其体积较小，结构简单，便于学生进行观察和操作实践。但是一般地，这些四足机器人在面对攀爬场景，特别是场景发生从平地转移到竖放的梯子的转变时，难以进行有效的姿态调整，攀爬姿态不稳，往往发生失衡的情况。

发明内容

本发明目的在于提供一种爬梯四足机器人教具，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

为解决上述技术问题所采用的技术方案：

一种爬梯四足机器人教具，包括：

躯干，其具有足单元连接面，所述足单元连接面的法向朝上，且于足单元连接面的左前方、右前方、左右方、右后方各设一足单元安装位；

头部，其设于所述躯干的前部，所述头部包括用于检测前方环境图像的摄像头；

足单元，其包括顺次转动连接的上胫、中胫、下胫、爪部，所述足单元还包括若干个驱动电机，所述上胫设有固定端与活动端，所述上胫的活动端与中胫的上端通过第一轴转动连接，所述第一轴的轴向为前后方向且由相应的驱动电机驱动旋转，所述中胫的下端与下胫的上端通过第二轴转动连接，所述爪部包括：

爪部关节座，其上端与所述下胫的下端通过第三轴转动连接；

第一手指，其具有第一摆动端与第一撑地端，所述第一摆动端与所述爪部关节座下端通过第五轴枢接；

第二手指，其具有第二摆动端与第二撑地端，所述第二摆动端与所述爪部关节座下端通过第四轴铰接且与所述第一手指的第一摆动端同步联动，所述第二手指位于第一手指相对的后方，所述第二轴、第三轴、第四轴、第五轴均平行且轴向为左右方向，所述第二轴、第三轴、第四轴各自由相应的驱动电机驱动旋转，所述第一手指与第二手指可相对地张合；

所述第一撑地端与第二撑地端二者的最下端限定出支承面，所述支承面的前后方向宽度不小于第四轴与第五轴的轴距；

所述足单元有四个，分别位于所述躯干的左前方、右前方、左后方、右后方，所述的四个足单元的上胫的固定端分别与相应的足单元安装位固定连接。

需要说明的是，所述第一撑地端与第二撑地端二者的最下端限定出支承面，是指实施第一撑地端的下表面的前边缘，与第二撑地端的后边缘之间，所形成的支撑区域所圈的范围面，因为第一手指与第二手指之间可张合，所以所述支承面的前后方向宽度会发生变化，但即使当第一手指与第二手指紧密合拢时，所述支承面仍满足所述前后方向宽度不小于第四轴与第五轴的轴距的要求。

上述技术方案的有益效果：本机器人教具所设置的爪部具有可靠的较宽阔的支承面，其前后方面宽度不少于第四轴与第五轴的轴距，这使得机器人教具在平地站立和行走时如果发生偏转失衡，则在利用驱动电机的转动、调整足单元恢复机器人教具平衡重心的时候，爪部下方的支承面能提供稳定的支撑，姿态调整的转动关节基本转移到四足的中部，即相对地降低了机器人教具的重心，使偏转调整量得到减少，机器人教具的实验活动更加顺畅、可靠；而第一轴的位置结构可适应于机器人教具左右移动和侧偏的自由度，第二轴、第三轴的位置结构可适应于机器人教具前后移动、抬足、踏下等步态，且最大程度减少了足单元的关节数量；当头部的摄像头捕捉到前方梯子时，通过调整各足单元的姿态，以及各爪部的第一手指和第二手指的张合，可交替地抓紧、松开梯子的不同横杠，从而实现攀爬动作。本发明动作快速，姿态平稳，示教清晰，便于学生观察和了解四足机器人的结构原理。本发明可用于四足机器人的日常教学演示中。

在一些实施方案中，所述驱动电机均为舵机，所述舵机包括整体呈相对扁平长方体的机壳，以及设于机壳一端的动力输出端；所述舵机包括第一舵机、第二舵机、第三舵机、第四舵机，所述第一轴为所述第一舵机的动力输出端,所述第二轴为第二舵机的动力输出端,所述第三轴为第三舵机的动力输出端,所述第四轴为第四舵机的动力输出端。

舵机是在小型机器人、遥控飞机等数控模型中常用的电机，其结构简单，一般由直流电机、减速齿轮组、传感器和控制电路组成，舵机的输出轴可灵敏地转动指定角度，故适合用于本发明中作为驱动电机使用，可较大地减轻机器人教具的整体重量，使其动作敏捷。本发明中所使用的舵机，其机壳呈火柴盒形状，即相对的扁平长方体，机壳的动力输出端具有相平行的两侧，每侧均对外伸出轴端。以第一舵机为例，若其机壳被固定住，则第一轴会对外输出扭矩，如果第一轴被相对固定住，则第一舵机整体则会绕第一轴而摆动。

在一些实施方案中，所述爪部关节座包括：

上连接架，其整体呈U型，包括左右延伸的第一连接板以及位于所述第一连接板左右两端且均向上延伸的第一连接耳，所述第一连接耳与所述第三舵机的第三轴驱动连接；

前连接架，其整体呈倒U型，包括左右延伸的第二连接板以及位于所述第二连接板左右两端且均向下延伸的第二连接耳，所述第二连接耳与所述第一摆动端通过所述第五轴枢接；

后连接架，其整体呈倒U型，包括左右延伸的第三连接板以及位于所述第三连接板左右两端且均向下延伸的第三连接耳，所述第三连接耳与所述第四舵机的机壳固定连接。

具体地，因上连接架整体呈U型，故第一连接耳具有两个，正好与第三舵机的第三轴两端相连接，此时第三舵机第三轴附近的结构可被上连接架的U型结构所包纳，从而节省了空间，使结构更加紧凑，且也为关节的摆动腾出空间。前连接架和后连接架均呈倒U型，这是相对于上连接架的开口朝向而言的。而前连接架的第二连接耳、后连接架的第三连接耳均各具有两个，这是为了更稳固地与第一手指和第二手指进行连接，使得重量能尽量平均分布而维持机体平衡。另外，后连接架的第三连接耳与第四舵机的机壳固定连接，使得后连接架与第四舵机机壳可视为一个整体，后连接架倒U型的结构同样有利于包纳第四舵机，减小整体体积。当然，为了保持机体平衡，假如第一手指的上下高度与第二手指的上下高度不一致时，第二连接耳与第三连接耳的上下长度应作适应性调整。

在一些实施方案中，所述第一手指包括前弯曲段，所述前弯曲段的上端固设有第一齿轮，所述前弯曲段的中部朝相对的前方凸出，所述前弯曲段的下部朝相对的斜后方伸展之后再向后凸出形成所述第一撑地端，所述前弯曲段的下部后方设有压力传感器，所述第一齿轮通过所述第五轴与第二连接耳连接，所述第一齿轮受所述第四舵机驱动。

所述第一齿轮与前弯曲段上端的固设连接，是指第一齿轮与所述前弯曲段的动作一致，二者同步摆动，故既可通过焊接、粘接等手段，来实现第一齿轮与前弯曲段上端的固接，也可以直接在前弯曲段的上端成型出一段轮齿，即前弯曲段的上端为局部齿轮。在第四舵机的直接或间接的驱动下，第一齿轮正反转动，第一手指即实现了前张或后收动作。所述压力传感器在机器人教具攀爬梯子时，能监测抓紧力是否达到预设要求，防止机器人教具因抓紧力不足而掉落。第一手指的弯曲设计，也是为了更好地作出抓紧梯子横杠的姿态。

在一些实施方案中，所述第二手指包括后弯曲段，所述后弯曲段的上端固设有与第一齿轮啮合的第二齿轮，所述后弯曲段的中部朝相对的后方凸出，所述后弯曲段的下部朝相对的斜前方伸展之后再向前凸出形成所述第二撑地端，所述第二齿轮通过所述第四轴与第四舵机驱动连接。

第二齿轮与后弯曲段的固设，可以参照上述第一齿轮与前弯曲段的固设的方案。当第四舵机的第四轴输出扭矩时，可带动第二齿轮转动，从而带动第一齿轮反转，故第一手指和第二手指可实现张合。第二手指的弯曲设计，亦为了更好地作出抓紧梯子横杠的姿态。

在一些实施方案中，所述第一撑地端的后部凸出有左右延伸的横条，所述第二撑地端的前部设有凹入的左右延伸的横槽，所述横槽的大小与所述横条适配，使得当所述第一手指与第二手指合拢时，所述横条可嵌入到所述横槽中。

所述横条与横槽的相嵌结构，使得第一手指与第二手指收拢时，能形成完全包拢而不留缝的空间，这样对于一些梯子横杠十分细小的场合，亦可使机器人教具能在悬挂的状态下进行攀爬。当然，其时需要另行设置压力传感器，使其不参与报警限制机器人教具的动作。

在一些实施方案中，所述下胫包括整体呈U型的下胫连接架，所述下胫连接架包括左右延伸的下胫连接板以及位于所述下胫连接板左右两端且均向上延伸的下胫连接耳，所述下胫连接耳与所述第二舵机的第二轴驱动连接；所述第三舵机的机壳与所述下胫连接架的下端固定连接。

具体地，所述下胫连接架的结构形态可参照所述上连接架，所述下胫连接耳具有两个，U型的下胫连接架结构正好收纳所述第二舵机设有第二轴的一端，从而节省空间。所述第三舵机机壳与下胫连接架的下端固定连接，故当第二舵机通过第二轴驱动下胫连接架前后摆动时，第三舵机整体亦与下胫连接架同步摆动，以实现足单元伸缩摆动的动作的传递。

在一些实施方案中，所述中胫包括整体呈U型的中胫连接架，所述中胫连接架包括前后延伸的中胫连接板以及位于所述中胫连接板前后两端且均向上延伸的中胫连接耳，所述中胫连接耳与所述第一舵机的第一轴驱动连接；所述第二舵机的机壳与所述中胫连接架的下端连接，使得所述第二舵机的机壳与所述中胫连接架的下端相对固定。

具体地，所述中胫连接架的结构形态可参照所述上连接架，但因其作为中胫的最上端，需要与负责输出侧方动作的上胫进行连接，所以中胫连接板需要前后延伸，以及中胫连接耳则为前后设置。第二舵机的机壳与中胫连接架的下端固定连接的方式，可以采取直接焊接、铆接、螺钉连接或粘接等方式，或者额外加设一个过渡支架，过渡支架的上端与中胫连接板的下表面固定连接，然后过渡支架再与第二舵机的机壳固定连接。这样，第一舵机通过第一轴驱动中胫连接板左右摆动时，第二舵机整体亦与中胫连接架同步摆动，以实现足单元伸缩摆动的动作的传递。

在一些实施方案中，所述躯干包括彼此平行的主板和副板，所述副板位于所述主板的下方且与所述主板通过若干连接件连接，且主板与副板之间留出第一空间，所述主板的上板面作为所述足单元连接面；所述上胫包括设于所述足单元安装位的上胫固定架，所述第一舵机的机壳与上胫固定架固定连接，所述第一舵机设有第一轴的一端悬于主板之外。

所述主板与副板之间所留的第一空间，便于安装各控制模块，亦使机器人教具的重心得以降低，另外对控制模块等机件具有保护作用。所述上胫固定架用于将足单元的其余各部件最终与躯干连接在一起。第一舵机设有第一轴的一端悬于主板之外，使得足单元的对外侧左右摆臂动作不被干涉。当然，为了进一步避免干涉，所述副板的左右宽度应不大于主板的左右宽度。

在一些实施方案中，还包括摄像头、树莓派、ardiuno mega板、舵机控制板、压力信号转换模块和电源；电源为所述爬梯四足机器人教具进行供电，摄像头用于获取所述爬梯四足机器人教具的周围环境图像；树莓派与摄像头连接，用于处理摄像头发送的图像，并发送信号给ardiuno mega板；压力信号转换模块，用于将压力传感器检测的压力值转换为电信号并传给ardiuno mega板；舵机控制板与ardiuno mega板进行通信，用于控制所有舵机的旋转角度。通过摄像头、树莓派、ardiuno mega板、舵机控制板、压力传感器的配合实现平地走路和爬梯移动。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明；

图1是本发明整体立体结构示意图；

图2是本发明上胫的结构示意图；

图3是本发明中胫的结构示意图；

图4是本发明下胫的结构示意图；

图5是本发明爪部的结构示意图；

图6是本发明第一手指的结构示意图；

图7是本发明第二手指的结构示意图。

100、躯干，101、主板，102、副板，200、摄像头，310、上胫，311、上胫固定架，320、中胫，321、中胫连接架，330、下胫，331、下胫连接架，340、爪部，341、上连接架，342、前连接架，343、后连接架，344、前弯曲段，345、第一齿轮，346、后弯曲段，347、第二齿轮，348、横条，349、横槽，401、第一轴，402、第二轴，403、第三轴，404、第四轴，405、第五轴，501、第一舵机，502、第二舵机，503、第三舵机，504、第四舵机，600、压力传感器，700、树莓派，800、ardiunomega板，900、电源。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，如果具有“若干”之类的词汇描述，其含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1，下面对本发明应用于平地行走及转至攀爬上梯子的演示场景，举出若干实施例。

本发明包括躯干100，所述躯干100具有前后左右上下六个正向的方向，故亦分出左前方、右前方、左后方、右后方的四个斜向，令躯干100的上表面作为足单元连接面，于躯干100的左前方、右前方、左后方、右后方，各分出一个位置作为足单元安装位，每个足单元安装位各设有一个足单元，每个足单元均自上而下地包括上胫310、中胫320、下胫330、爪部340，各足单元整体均位于躯干100的侧旁，防止足单元动作时被躯干100所干涉阻挡，足单元的上胫310与躯干100上的足单元连接面连接从而完成足单元与躯干100的组装。所述上胫310与中胫320之间通过第一轴401枢接，中胫320与下胫330通过第二轴402枢接，下胫330与爪部340通过第三轴403枢接，而第一轴401的轴向为前后方向，第二轴402、第三轴403的轴向为左右方向，故使得足单元的相应关节可以进行相对于躯干100的左右摆动以及前后弯折。所述爪部340设有两个手指，分别为相对地位于前方的第一手指以及相对地位于后方的第二手指，所述第一手指与第二手指的上端相连接且可联动，第一手指与第二手指的下段可张合，这样使得第一手指与第二手指相互配合下，可对梯子横杠进行钳制。而一般情况下，两根手指为合拢状态，整体可作为机器人教具足单元的下部支撑。

更具体地，参照图1至图7，所述爪部340包括有爪部关节座，爪部关节座的上部与所述下胫330的下端通过第三轴403枢接，使得爪部关节座可绕所述第三轴403摆动，而爪部关节座的下部按前后方向分别设有前连接架342和后连接架343，所述前连接架342用于与所述第一手指的上端通过第五轴405枢接，所述后连接架343用于与所述第二手指的上端通过第四轴404枢接，当然，所述第四轴404与第五轴405均平行于左右方向。在驱动电机的带动下，第一手指与第二手指便可实现张合。为了简化结构，令第一手指的上端作为第一摆动端，第一手指的下端作为第一撑地端，第二手指的上端作为第二摆动端，第二手指的下端作为第二撑地端，所述第一摆动端与第二摆动端分别设有与第一手指、第二手指固接或一体成型的第一齿轮345和第二齿轮347，这两个齿轮相互啮合，故可彼此同步异向转动，这样只需要驱动第二齿轮347，即可带动第一手指、第二手指同步张开或收拢。

为了提高机体调节姿态时的稳定性，所述第一撑地端与第二撑地端二者的最下端限定出支承面，所述支承面的前后方向宽度不小于第四轴404与第五轴405的轴距。这样一来，整副爪部宏观上可视作一个下宽上窄的梯形构件，在四足支撑的时候，躯干100以及足单元的其余关节活动均在这样结构的爪部之上动作，故相较于其余足式机器人教具的细长尖足而言，其稳定性得到较大的提高，并且本发明还能通过张开爪部的手指而进行梯子横杠的夹紧、松开，配合关节的弯曲伸展来完成攀爬梯子的动作，以作出不同于平地行走的姿态，可展示更多的机器人操作形态给学生。当然，如果需要更进一步提高稳定性，可令第一手指、第二手指二者左右方向上的宽度扩展，例如要求所述宽度为躯干100的1/2以上，则因所述支承面具有左右方向的承托面积而使得本机器人教具更不易侧翻。

所述第一齿轮345并不限于完整的齿轮形态，它也可以是半齿轮，只需要保证第一齿轮345与第二齿轮347相互啮合有一定的有效长度，使得第一手指与第二手指可相对张合即可，故第一齿轮345可以是与第一手指一体成型，或分体成型后再组装。第一手指中部向前凸出，作成前弯曲段344，前弯曲段344的下端向后折弯后作为所述第一撑地端。所述第二手指的形态可参照第一手指，甚至二者整体结构可互为前后镜像。这样一来，第二手指亦具有向后凸起的后弯曲段346，它与前弯曲段344一起构成一个抓取空间，从而适应梯子的横杠，增大接触面积而防滑。于所述前弯曲段344朝后的一面上，安装有压力传感器600，可用于监测夹紧力度是否符合安全预设值。例如，以整机常态高度为30cm、驱动电机均采用舵机、躯干100基本由亚克力材料制作成型的机器人教具而言，一般夹紧力预设值为不小于250N。

在一些具体实施方式中，选择舵机作为本发明所采用的驱动电机。具体地，参照图1至图5，先选取第一舵机501、第二舵机502、第三舵机503、第四舵机504，第一舵机501的机壳固设于所述足单元安装位上，其动力输出端对外伸出第一轴401，第二舵机502整体设于第一舵机501之下，第二舵机502的动力输出端朝下而机壳朝上，第二舵机502的机壳通过一些支架配件与所述第一轴401连接，使得第一舵机501可牵引带动第二舵机502摆动；第二舵机502的动力输出端对外伸出第二轴402，将第三舵机503整体设于第二舵机502之下，第三舵机503的动力输出端朝下而机壳朝上，第三舵机503的机壳通过另外的一些支架配件与所述第二轴402连接，使得第二舵机502可牵引带动第三舵机503摆动；而第三舵机503的动力输出端对外伸出第三轴403，通过第三轴403与爪部340上端的上连接架341驱动连接，从而使第三舵机503可带动爪部340摆动。该实施方式中的各支架配件可根据实际情况设计，例如设计成U型或倒U型，U字形态所留空的位置正好供舵机的机壳置入，从而节省了空间位置。

在一些实施例中，所述躯干100的前部设有头部，所述头部包括有摄像头200。为了使摄像头200具有前方万向的定位朝向，可设置一副小型的万向支架。具体地，设置一与足单元连接面连接的第一龙门架，第一龙门架的开口朝下，第一龙门架的上方设有第二龙门架，而第二龙门架的开口朝上；在第一龙门架所架设的空间中，固设有第一旋转舵机，所述第一旋转舵机的动力输出轴穿过第一龙门架的上部而与第二龙门架连接，使得第一旋转舵机可带动第二龙门架相对于第一龙门架作水平面上的转动；在所述第二龙门架上架设有第三龙门架，所述第三龙门架的右腿与第二龙门架的右侧板铰接，所述第三龙门架的左腿设于第二龙门架的左侧板的一旁，所述第二龙门架所架设的空间中，设有与第二龙门架固定连接的第二旋转舵机，第二旋转舵机的动力输出轴穿过第二龙门架的右侧板后与所述第三龙门架的右腿固接，从而使得第二旋转舵机可带动第三龙门架作立面上的俯仰摆动；所述摄像头200设于所述第三龙门架的前侧面。这样，通过第一旋转舵机和第二旋转舵机的相互转动，可最终带动摄像头200作指定角度的左右及上下朝向，从而完成环境图像的采集。

在一些实施例中，机器人还包括树莓派700、ardiuno mega板800、舵机控制板(图中未示出)、压力信号转换模块(图中未示出)和电源900，电源900装在主板101的后方，电源900用于整个机器人的供电。摄像头200用于获取所述爬梯四足机器人教具的周围环境图像，以便树莓派检测周围环境及检测梯子；树莓派700在主板101上，与摄像头200连接，用于处理摄像头200发送的图像，并发送信号给ardiuno mega板800；压力信号转换模块，用于将压力传感器检测的压力值转换为电信号并传给ardiuno mega板800；ardiuno mega板800安装于副板102的上方，与舵机控制板进行通信，并且用于进行信息处理，并发送控制信号给舵机控制板。舵机控制板装在副板102上，与ardiuno mega板800进行通信，并且用于根据接收的控制信号控制所有舵机的旋转角度。

树莓派通过摄像头200获取周围环境图像作为待识别图像，树莓派处理所述待识别图像，通过训练好的ssd目标网络识别所述待识别图像是否包含梯子，当检测到梯子时，向梯子方向移动并准备进入爬梯状态。

在一些实施例中，采用以下方法训练ssd目标网络：通过摄像头拍摄大量包括梯子的图像和部分未包括梯子的图像，对拍摄的图像进行标注，将标注后的图像分为训练集、验证集和测试集，使用训练集通过ssd目标网络进行训练，并采用验证集和测试集进行验证和测试，根据验证和测试通过的ssd目标网络生成目标模型文件，导入树莓派，通过树莓派上的opencv对目标模型文件进行调用，识别待识别图像是否包含梯子，当识别到梯子则框出梯子。

机器人的移动模式包括平地走路模式和爬梯子模式，当识别到梯子时，进入爬梯子模式。

在一些实施例中，机器人在平地走路模式的工作原理如下：

左前方的足部单元记为A，左前方的足部单元的第一舵机501、第二舵机502、第三舵机503和第四舵机504分别记为舵机A1、A2、A3和A4；左后方的足部单元记为B，右后方的足部单元的第一舵机、第二舵机、第三舵机和第四舵机分别记为舵机B1、B2、B3和B4；右后方的足部单元记为C，右后方的足部单元的第一舵机、第二舵机、第三舵机和第四舵机分别记为舵机C1、C2、C3和C4；右前方的足部单元记为D，右前方的足部单元的第一舵机、第二舵机、第三舵机和第四舵机分别记为舵机D1、D2、D3和D4；

四足机器人启动时，进行初始化操作，所有舵机恢复到零初始值，即令所有足部单元呈垂直于地面的状态，即直立状态，以使四足机器人站立。

在行走前，使得足部单元A、B、C和D处于弯曲状态，各个足部单元的爪部为闭合状态。

在往前行走时，足部单元A往前移动一步，足部单元B、C和D的位移为0，然后足部单元C往前移动一步，足部单元A、B和D的位移为0，然后足部单元D往前移动一步，足部单元A、B和C的位移为0，然后足部单元B往前移动一步，足部单元A、C和D的位移为0，然后足部单元A往前移动一步，足部单元B、C和D的位移为0，如此循环，每次一个足部单元往前移动一步，其他三个足部单元原地不动，保证往前移动过程中有三个足部单元与地面接触以保持平衡，并且在移动过程中，各个足部单位安装位与地面的高度保持在预设的高度值，其中所有足部单元呈垂直于地面的状态时，各个足部单位安装位与地面的高度大于预设的高度值。

具体地，在往前行走前，控制舵机A2、B2、C2和D2向后方分别偏转，舵机A2的角度、舵机B2的角度、舵机C2的角度和舵机D2的角度分别为舵机A2、B2、C2和D2与地面垂直线的角度，记为θ1、θ2、θ3和θ4，即足部单元A、B、C、D的上胫与地面的垂线的角度分别为θ1、θ2、θ3和θ4，比如舵机A2、B2、C2和D2的角度分别为60°、30°、50°、40°；根据三角形的边长计算公式和预定的高度值确定舵机A3、B3、C3和D3的角度，即舵机A3、B3、C3和D3与地面垂直线的角度，记为θ5、θ6、θ7和θ8，控制舵机A3、B3、C3和D3分别向前方偏转，使得舵机A3、B3、C3和D3的角度分别为θ5、θ6、θ7和θ8，以保证各个足部安装位与地面的高度保持在预设的高度值，并且各个足部单元保持原地不动。各个足部单元此时四足机器人处于行走准备状态。

开始行走时，控制舵机A2、B2、C2和D2向前方移动，并且舵机A2的角度由θ1变为θ1′,其中，θ1′<θ1，舵机B2、C2和D2的角度分别增加10°,舵机B2的角度由θ2变为θ2′，舵机C2的角度由θ3变为θ3′，舵机D2的角度由θ4变为θ4′，其中，θ2′>θ2，θ3′>θ3，θ4′>θ3，例如，A2的角度由60°变为30°，舵机B2、C2和D2的角度分别由30°、50°、40°变为40°、60°、30°；同时，控制舵机A3向前方偏转，舵机A3的角度为θ9，避免足部单元A与地面摩擦，并且足部单元A的爪部向前移动，根据三角形的边长计算公式和预定的高度值控制舵机B3、C3和D3偏转，使得足部单元B、C和D保持原地不动，并且足部单元B、C和D的足部安装位与地面的高度保持在预设的高度值，控制舵机A3向后方偏转角度θ10使得足部单元A与地面接触，并且足部单元A的足部安装位与地面的高度保持在预设的高度值。完成足部单元A往前移动一步。

接着，足部单元A、B和D原地不动，足部单元C往前移动一步。

具体地，控制舵机A2、B2、C2和D2向前方移动，并且舵机C2的角度由θ3′变为θ3″,其中，θ3″<θ3′，舵机A2、B2和D2的角度分别增加10°,舵机B2的角度由θ1′变为θ11′，舵机B2的角度由θ2′变为θ2″，舵机D2的角度由θ4′变为θ4″，其中，θ1″>θ1′，θ2″>θ2′，θ4″>θ4′，例如，C2的角度由60°变为30°，舵机A2、B2和D2的角度分别由30°、40°、50°变为40°、50°、60°；同时，控制舵机C3向前方偏转，舵机C3的角度为θ9，避免足部单元C与地面摩擦，并且足部单元C的爪部向前移动，根据三角形的边长计算公式和预定的高度值控制舵机A3、B3和D3偏转，使得足部单元A、B和D保持原地不动，并且足部单元A、B和D的足部安装位与地面的高度保持在预设的高度值，控制舵机C3向后方偏转角度θ10使得足部单元C与地面接触，并且足部单元C的足部安装位与地面的高度保持在预设的高度值。完成足部单元C往前移动一步。

基于同样的原理，足部单元A、B和C原地不动，足部单元D往前移动一步；然后足部单元A、C和D原地不动，足部单元B往前移动一步。依次控制足部单元A、C、D和B轮流往前移动，从而实现机器人向前移动。

此外，在往左或右行走时，舵机A1、B1、C1和D1可以控制机器人向左或右移动。

在一些实施例中，机器人在爬梯子模式的工作原理如下：

识别到梯子时，机器人恢复到所有足部单元为直立状态，树莓派根据识别出的梯子识别梯子的第一个横杆，判断第一横杆离地面的高度。控制足部单元A的舵机A2和A3偏转一定的角度以使爪部340靠近第一横杆，控制舵机A4，使爪部340张开，并继续靠近第一横杆，树莓派根据摄像头拍摄的图像判断是否已经到达第一横杠，如果到达，则控制舵机A4收缩爪部。通过压力传感器600传回的数据判断是否夹紧。当压力传感器的检测的压力不小于250N时，则认为足部单元A的爪部夹住了第一横杆并且已经夹紧。

控制足部单元D重复足部单元A的动作，使得足部单元D的爪部夹紧了第一横杆。此时，足部单元A和D的爪部均夹紧了第一横杆。控制舵机A2和B2向后偏转，使得足部单元弯曲，同时控制舵机B2和C2向前移动。

控制足部单元A的舵机A4，使爪部340张开，先微弯曲舵机A2和A3，控制足部单元A离开第一横杆，控制舵机A2、A3使得足部单元A为伸直状态，树莓派根据摄像头拍摄的图像识别第二横杆，控制舵机A2和A3偏转一定的角度以使爪部340靠近第一横杆，树莓派根据摄像头拍摄的图像判断是否已经到达第二横杠，如果到达，则控制四号舵机收缩爪部。通过压力传感器600传回的数据判断是否夹紧。当压力传感器的检测的压力不小于250N时，则认为足部单元A的爪部夹住了第二横杆并且已经夹紧。

控制足部单元D重复足部单元A的动作，使得足部单元D的爪部夹紧了第二横杆。此时，足部单元A和D的爪部均夹紧了第二横杆。

控制舵机B4使足部单元B的爪部张开，控制足部单元B的舵机B2和B3偏转一定的角度以使爪部靠近第一横杆，控制舵机B4，足部单元的爪部张开，并继续靠近第一横杆，树莓派根据摄像头拍摄的图像判断是否已经到达第一横杠，如果到达，则控制舵机B4收缩爪部。通过足部单元B中的压力传感器传回的数据判断是否夹紧。当压力传感器的检测的压力不小于250N时，则认为足部单元B的爪部夹住了第一横杆并且已经夹紧。

控制足部单元C重复足部单元B的动作，使得足部单元C的爪部夹紧了第一横杆。此时，足部单元B和C的爪部均夹紧了第一横杆。

接着，控制足部单元A松开第二横杆，去抓紧第三横杆，控制足部单元D松开第二横杆，去抓紧第三横杆，控制足部单元B松开第一横杆，去抓紧第二横杆，控制足部单元C松开第一横杆，去抓紧第二横杆，轮流控制足部单元A、D、B和C，实现机器人在梯子上爬行。

当树莓派根据摄像头拍摄的图像识别到已经到达梯子末端时，停止爬梯。

在一实施例中，平地走路模式，为自动方式，由机器人自动执行前进动作，操作人员只需使用手柄指定机器人前进方向与控制其是否停止运动。爬梯子模式分为自动方式和人工操控方式，当爬梯子模式为自动方式时，操作人员通过手柄选择对应动作组，机器人自动重复之前存储的对应动作组进行爬梯。当自主爬梯出现问题时自动报警，即进入人工模式调整。当爬梯子模式为人工操控方式时，由操作人员通过遥控手柄与树莓派进行通信发送步骤的控制和调整指令，让机器人逐步爬梯至预定位置。

以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。