八足蜘蛛仿生機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器人仿生領(lǐng)域，是結(jié)合機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、控制技術(shù)和仿生學(xué)為一體的機(jī)電一體化設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]仿生爬行機(jī)器人與傳統(tǒng)的輪式驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人不同，采用類似生物的爬行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)方式使得機(jī)器人可以具有更好的與接觸面的附著力，和越障能力，在軍事的偵察及民用高層建筑外墻壁清潔等領(lǐng)域都具有非常廣泛的應(yīng)用潛力。
[0003]但一直以來(lái)由于這類爬行機(jī)器人在機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)和控制方面的特殊要求，使得實(shí)際制作出的仿生爬行機(jī)器人很難達(dá)到預(yù)先的設(shè)計(jì)效果，因而爬行機(jī)器人所具有的一系列潛在優(yōu)越性能得不到實(shí)際體現(xiàn)。鑒于以上的現(xiàn)狀我們采用仿蜘蛛爬行機(jī)理設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種八足爬行機(jī)器人。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種八足蜘蛛仿生機(jī)器人。
[0005]蜘蛛的爬行機(jī)理:蜘蛛屬于節(jié)肢動(dòng)物門蛛形綱，擁有八足。蜘蛛的每條腿與地面接觸處有60萬(wàn)根細(xì)剛毛能使蜘蛛懸掛在天花板上，能支撐超過(guò)蜘蛛體重170倍的重量。而且蜘蛛在進(jìn)行懸掛天花板爬行時(shí)，每次邁出一條腿，其余七條腿附著在天花板上，當(dāng)全部八條腿移動(dòng)完畢后身體向前近一步，以此往復(fù)向前行進(jìn)，體現(xiàn)了優(yōu)越的爬行能力。本機(jī)器人能夠完全實(shí)現(xiàn)蜘蛛的爬行機(jī)理和攀爬能力。
[0006]機(jī)械部分以蜘蛛的原型比例進(jìn)行設(shè)計(jì)，在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中實(shí)現(xiàn)自鎖，并用特殊的結(jié)構(gòu)使一個(gè)電機(jī)可以同時(shí)控制整個(gè)系統(tǒng)的多個(gè)自由度，從而使系統(tǒng)更加簡(jiǎn)潔重量上也得以減輕。機(jī)器人分別由八個(gè)獨(dú)立的腳落地進(jìn)行支撐，在每個(gè)腳與地接觸點(diǎn)加上腳套以增加腳與地面接觸時(shí)的摩擦力防止打滑。大部分的材料選用硬鋁合金以使機(jī)器人的總體質(zhì)量盡量減輕，關(guān)鍵的螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)副材料使用黃銅以減少摩擦系數(shù)，提高耐磨性。機(jī)器人的八條腿各自通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與底板相連接，成為一個(gè)整體。這八條腿分為兩種類型，一種為Z形上腿，一種為一字形下腿，這兩種類型的腿交替的布置在機(jī)器人的兩側(cè)。在機(jī)構(gòu)方面采用了類似劃船的機(jī)械結(jié)構(gòu)使得可以由10個(gè)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)16個(gè)自由度的控制，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔高效。由于采用八足的抓地結(jié)構(gòu)，使得機(jī)器人擁有驚人的與地面的附著力，而且當(dāng)施加強(qiáng)大外力時(shí)整體機(jī)身由于自身剛性可產(chǎn)生一定偏移，當(dāng)外力撤銷后自動(dòng)恢復(fù)到初始位置。
[0007]整個(gè)機(jī)器人采用帶減速器的直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，驅(qū)動(dòng)電壓為24v。電路方面采用兩片PIC單片機(jī)作為控制核心，并用4X5的開(kāi)關(guān)矩陣占用單片機(jī)的9個(gè)I/O 口實(shí)現(xiàn)對(duì)20個(gè)碰撞開(kāi)關(guān)傳感器狀態(tài)的掃描。在各關(guān)鍵輸出配置發(fā)光二級(jí)管清晰的反應(yīng)出系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。整體電路穩(wěn)定，清晰，可靠。
[0008]控制程序力求簡(jiǎn)單，兩單片機(jī)通信采用6個(gè)I/O 口編碼進(jìn)行傳輸可以傳輸2的6次方種不同編碼，可以準(zhǔn)確高效的實(shí)現(xiàn)兩單片機(jī)之間的復(fù)雜代碼的通信。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是一字形下腿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖:
圖1中，1-電動(dòng)機(jī)；2_螺旋傳動(dòng)副。
[0010]圖2是Z形上腿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖:
圖2中，1-電動(dòng)機(jī)；2-螺旋傳動(dòng)副。
[0011]圖3是電路的控制流程圖；
圖4是第一片單片機(jī)程序流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]機(jī)器人的八條腿各自通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與底板相連接，成為一個(gè)整體。這八條腿分為兩種類型，一種為Z形上腿，一種為一字形下腿，這兩種類型的腿交替的布置在機(jī)器人的兩偵U。首先上下兩塊滑板卡在固定在底盤上的四個(gè)L形支撐塊內(nèi)側(cè)的卡槽中，使得約束著上下滑板，在平行于底盤的平面上沿蜘蛛機(jī)器人前后方向直線運(yùn)動(dòng)。上Z形腿的頂端插入銷釘并使銷釘卡入上滑板的滑槽當(dāng)中，上滑板設(shè)計(jì)有四條滑槽用來(lái)分別卡入四條Z形腿頂端插入的銷釘，滑板由滑板周圍的四個(gè)帶滑槽的支撐塊進(jìn)行約束使其在平行于底板的平面內(nèi)沿機(jī)器人的前后方向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。上滑板向前運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)四條Z形腿的頂端向前運(yùn)動(dòng)，于是四條Z形腿同時(shí)實(shí)現(xiàn)向后方向的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。下滑板用同樣的方式與四條一字形腿聯(lián)結(jié)。
[0013]本機(jī)器人選用兩片型號(hào)為PIC16F877A的PIC單片機(jī)作為控制芯片。其中第一片單片機(jī)PiCl通過(guò)循環(huán)發(fā)送測(cè)試電平并采集反饋電平實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)采集。Picl接收由位置傳感器發(fā)送的信號(hào)后進(jìn)行判斷并生成對(duì)應(yīng)的編碼發(fā)送給第二片單片機(jī)Pic2。第二片單片機(jī)Pic2實(shí)時(shí)對(duì)所接收到的編碼進(jìn)行掃描，根據(jù)所接收編碼向?qū)?yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的對(duì)應(yīng)管腳發(fā)送電平控制信號(hào)，如正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，停的信號(hào)，驅(qū)動(dòng)芯片A3952驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。動(dòng)作的結(jié)果被傳感器檢測(cè)到后對(duì)單片機(jī)發(fā)出信號(hào)。由此完成一個(gè)最基本控制行走的閉環(huán)反饋過(guò)程。
[0014]控制程序用來(lái)操縱和處理信號(hào)，接收硬件采集到的信息后進(jìn)行處理發(fā)出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)閉環(huán)反饋系統(tǒng)的運(yùn)作。。其中第一片單片機(jī)通過(guò)循環(huán)發(fā)送測(cè)試電平并采集反饋電平實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)采集，并進(jìn)行編碼后向第二片單片機(jī)發(fā)送編碼。第二片單片機(jī)實(shí)時(shí)對(duì)所接收到的編碼進(jìn)行掃描根據(jù)所接收編碼向?qū)?yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的對(duì)應(yīng)管腳發(fā)送電平控制信號(hào)，使其驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)做相應(yīng)運(yùn)動(dòng)。控制程序?yàn)檎麄€(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)的核心，它負(fù)責(zé)對(duì)信號(hào)進(jìn)行接收，處理，編碼，發(fā)送等工作。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種八足蜘蛛仿生機(jī)器人，其特征在于:通過(guò)兩片單片機(jī)作為控制芯片，通過(guò)編制的控制程序和設(shè)計(jì)的電路，最終控制八足蜘蛛仿生機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述八足蜘蛛仿生機(jī)器人，其特征在于，所述八足蜘蛛仿生機(jī)器人模擬蜘蛛爬行機(jī)理實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述八足蜘蛛仿生機(jī)器人，其特征在于，所述八足蜘蛛仿生機(jī)器人選用兩片型號(hào)為PIC16F877A的PIC單片機(jī)作為控制芯片，由此完成控制行走的閉環(huán)反饋過(guò)程。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述八足蜘蛛仿生機(jī)器人，其特征在于，所述八足蜘蛛仿生機(jī)器人主控制程序代碼在專用的MPLAB6.0開(kāi)發(fā)環(huán)境下完成，該開(kāi)發(fā)環(huán)境在安裝PICC8，O編譯器后直接用C語(yǔ)言進(jìn)行代碼的編寫。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種八足蜘蛛仿生機(jī)器人，其特征在于：通過(guò)編制控制程序和設(shè)計(jì)的電路，最終控制八足蜘蛛仿生機(jī)器人不僅可以在地面上行走并逾越障礙，而且可以在垂直的墻壁甚至倒立在天花板上行走。
【IPC分類】B62D57-032
【公開(kāi)號(hào)】CN104691646
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310657028
【發(fā)明人】孫寶恒
【申請(qǐng)人】孫寶恒
【公開(kāi)日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2013年12月9日