仿生正六邊形六足機器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種仿生正六邊形六足機器人，屬于行走機器人技術(shù)領(lǐng)域。該機器人包括正六邊形機身、行走機構(gòu)和控制行走機構(gòu)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，行走機構(gòu)為正六邊形機架，包括三對機械足，每支機械足包括復(fù)合旋轉(zhuǎn)臂、短臂、長臂和用于驅(qū)動所述機械足在水平方向上旋轉(zhuǎn)的水平調(diào)節(jié)組件，水平調(diào)節(jié)組件在水平范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動機器人前進和后退；通過短臂在豎直范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動，做到機械足的上升和下降；通過長臂在豎直范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動，驅(qū)動機械足在水平范圍內(nèi)做伸展運動；六個機械足的相互運動組成運動機構(gòu)來驅(qū)動機器人實現(xiàn)各種動作。該機器人對地形適應(yīng)能力強，可應(yīng)用于危險地帶的探測，也能應(yīng)用于航空航天、未知星球勘測環(huán)境。
【專利說明】
仿生正六邊形六足機器人
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及行走機器人技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種仿生正六邊形六足機器人。
【背景技術(shù)】
[0002]步行機的構(gòu)想主要是基于自然界凹凸不平的地形變化，仿生步行機器人是模仿動物的運動形式，采用腿式結(jié)構(gòu)來完成各種移動功能的機器人。雖然移動機器人中輪式和履帶式機器人已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，但是步行機器人對路面的要求很低，機器人的足所具有的大量自由度可以使機器人的運動更加靈活，對凹凸不平的地形適應(yīng)能力更強；步行足式機器人的立足點是離散的，跟地面的接觸面積很小，可以在可達到的地面上選擇最優(yōu)支撐點，即使在表面極度不規(guī)則的情況下，通過嚴格選擇足的支撐點，也能夠行走自如；可以應(yīng)用于危險地帶的探測，或者是人類不能到達的地方，也能應(yīng)用于航空航天、未知星球勘測環(huán)境。
[0003]目前，常見的步行機器人有兩足式、四足式應(yīng)用較多，其中的兩足式和四足式相對六足式腿部個數(shù)較少，腿部關(guān)節(jié)自由度較少，運到不夠靈活，動態(tài)穩(wěn)定性較差。部分不規(guī)則六足機器人身體結(jié)構(gòu)不勻稱，導(dǎo)致在前進過程中行走不穩(wěn)定，容易發(fā)生側(cè)翻。而且大部分現(xiàn)有的行走機器人行走步態(tài)是固定的，這樣在崎嶇不平穩(wěn)路面行走時機體的關(guān)節(jié)將受到很大的沖擊力，有可能損壞關(guān)節(jié)和驅(qū)動元件。
[0004]由于腿結(jié)構(gòu)設(shè)計的原因，大部分步行機器人的負載能力較差。
[0005]大部分四足步行機器人的控制系統(tǒng)是非線性的多輸入和多輸出不穩(wěn)定系統(tǒng)，具有時變性和間歇動態(tài)性。目前四足機器人的步行運動大多數(shù)是基于步態(tài)的幾何位置軌跡規(guī)劃、關(guān)節(jié)位置控制的規(guī)劃和控制策略。而對機器人進行單純的幾何位置規(guī)劃與控制，則會由于慣性、腳力失衡等因素而導(dǎo)致機器人失穩(wěn)。
[0006]而且大部分現(xiàn)有步行式機器人采用的是集中式控制，即機器人的全部控制由一臺微型計算機完成，在復(fù)雜路面行走過程中可能處理不及時。有的關(guān)節(jié)是由邏輯電路組成的狀態(tài)機控制的，因此機器人的行為受到限制，只能呈現(xiàn)固定的運動形式。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種仿生正六邊形六足機器人，該機器人包括正六邊形機身、行走機構(gòu)和控制行走機構(gòu)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，行走機構(gòu)為正六邊形機架，包括三對機械足，其中，每支機械足包括復(fù)合旋轉(zhuǎn)臂、短臂、長臂和用于驅(qū)動機械足在水平方向上旋轉(zhuǎn)的水平調(diào)節(jié)組件，復(fù)合旋轉(zhuǎn)臂通過水平調(diào)節(jié)組件安裝在正六邊形機身上，短臂的一端通過第一豎直調(diào)節(jié)組件與復(fù)合旋轉(zhuǎn)臂活動連接，短臂的另一端通過第二豎直調(diào)節(jié)組件與長臂的一端活動連接，復(fù)合旋轉(zhuǎn)臂上同時安裝舵機一和舵機二，長臂上安裝舵機三，復(fù)合旋轉(zhuǎn)臂的下板上裝有微型滾動軸承，復(fù)合旋轉(zhuǎn)臂通過微型滾動軸承與正六邊形機身的下底板連接。
[0008]其中，閉環(huán)控制系統(tǒng)包括pc機、MCS—51單片機、舵機控制器、舵機一、舵機二、舵機三、微型無線傳輸攝像頭和壓力傳感器，pc機連接裝于正六邊形機身上的MCS—51單片機，MCS—51單片機連接舵機控制器，舵機控制器控制舵機一、舵機二和舵機三，壓力傳感器連接MCS—51單片機，攝像頭連接MCS—51單片機。微型無線傳輸攝像頭安裝在正六邊形機身上，所述壓力傳感器安裝在長臂上。
[0009]復(fù)合旋轉(zhuǎn)臂上安裝舵機一和舵機二，由上下兩個薄板夾持舵機一和舵機二，舵機一豎直放置，通過水平調(diào)節(jié)組件與正六邊形機身連接;舵機二水平放置，通過第一豎直調(diào)節(jié)組件與短臂連接。
[0010]該機器人腿部具有多個自由度，使運動的靈活性大大增強。它可以通過調(diào)節(jié)腿的長度保持身體水平，也可以通過調(diào)節(jié)腿的伸展程度調(diào)整重心位置，因此不易翻到，穩(wěn)定性更尚O
[0011]該機器人共有六個微型滾動軸承，裝在腿部和機身的連接部位，這樣可使用固定板使腿部牢固固定在機身上下底板之間，大大增加了機器人的負載能力，擴大了機器人的使用范圍，彌補了大部分機器人負載能力差的缺點。
[0012]該仿生正六邊形六足機器人采用的是分散(級)式控制，即采用多臺微機來分擔機器人的控制，如當采用上、下兩級微機共同完成機器人的控制時，主機常用于負責系統(tǒng)的管理、通訊、運動學和動力學計算，并向下級微機發(fā)送指令信息;作為下級從機，進行插補運算和伺服控制處理，實現(xiàn)給定的運動，并向主機反饋信息。
[0013]腿機構(gòu)的緩沖裝置是必不可少的，其腿關(guān)節(jié)類似動物腿關(guān)節(jié)，其運動通過舵機來控制。它的腳底部裝有壓力傳感器，可自動檢測與地面接觸的狀態(tài)。壓力傳感器和姿態(tài)控制系統(tǒng)根據(jù)傳感信息做出的控制決策，實現(xiàn)在不平整地面的自適應(yīng)靜態(tài)步行。
[0014]該機器人能夠?qū)崿F(xiàn)不規(guī)則地面的自適應(yīng)動態(tài)步行，顯示了生物激勵控制對未知的不規(guī)則地面有自適應(yīng)能力的優(yōu)點。它的另一特點是利用了微型無線攝像機導(dǎo)航，可以辨別和避讓前方存在的障礙，能夠在封閉回廊中實現(xiàn)無碰撞快速行走。
[0015]該機器人機動性和反應(yīng)能力都很強，平衡能力極佳，且有較強的負載能力。
[0016]本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下:
[0017]該機器人對路面的要求很低，機器人的足所具有的大量自由度使機器人的運動更加靈活，對凹凸不平的地形適應(yīng)能力更強;步行足式機器人的立足點是離散的，跟地面的接觸面積很小，可以在可達到的地面上選擇最優(yōu)支撐點，即使在表面極度不規(guī)則的情況下，通過嚴格選擇足的支撐點，也能夠行走自如;在負載、穩(wěn)定性、靈活性和對地面的適應(yīng)性等方面的性能得到了很大提高，自主化和智能化能力得到凸顯?？梢詰?yīng)用于危險地帶的探測，或者是人類不能到達的地方，也能應(yīng)用于航空航天、未知星球勘測環(huán)境。很好的解決了現(xiàn)有輪式和履帶式機器人不能到達復(fù)雜地面的限制，以及其他現(xiàn)有足式機器人行走不穩(wěn)定的缺陷。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的仿生正六邊形六足機器人結(jié)構(gòu)俯視圖；
[0019]圖2為本發(fā)明的仿生正六邊形六足機器人結(jié)構(gòu)主視圖；
[0020]圖3為本發(fā)明的仿生正六邊形六足機器人機械足的俯視圖；
[0021 ]圖4為本發(fā)明的仿生正六邊形六足機器人機械足的主視圖；
[0022]圖5為本發(fā)明的仿生正六邊形六足機器人閉環(huán)控制系統(tǒng)原理圖。
[0023]其中:1-正六邊形機身；2-閉環(huán)控制系統(tǒng)；3-機械足;4-復(fù)合旋轉(zhuǎn)臂；5-短臂;6_長臂;7-水平調(diào)節(jié)組件;8-第一豎直調(diào)節(jié)組件;9-第二豎直調(diào)節(jié)組件；10-舵機一 ；11-舵機二 ；12-舵機三;13-微型滾動軸承。
【具體實施方式】
[0024]為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實施例進行詳細描述。
[0025]本發(fā)明針對現(xiàn)有輪式和履帶式機器人不能到達復(fù)雜地面的限制，以及其他現(xiàn)有足式機器人行走不穩(wěn)定的缺陷問題，提供一種仿生正六邊形六足機器人。
[0026]如圖1和圖2所示，為該機器人結(jié)構(gòu)示意圖，該機器人包括正六邊形機身1、行走機構(gòu)和控制行走機構(gòu)的閉環(huán)控制系統(tǒng)2，行走機構(gòu)為正六邊形機架，包括三對機械足3，如圖3和圖4所示，每支機械足3包括復(fù)合旋轉(zhuǎn)臂4、短臂5、長臂6和用于驅(qū)動機械足3在水平方向上旋轉(zhuǎn)的水平調(diào)節(jié)組件7，復(fù)合旋轉(zhuǎn)臂4通過水平調(diào)節(jié)組件7安裝在正六邊形機身I上，短臂5的一端通過第一豎直調(diào)節(jié)組件8與復(fù)合旋轉(zhuǎn)臂4活動連接，短臂5的另一端通過第二豎直調(diào)節(jié)組件9與長臂6的一端活動連接，復(fù)合旋轉(zhuǎn)臂4上同時安裝舵機一 10和舵機二 11，長臂6上安裝舵機三12，復(fù)合旋轉(zhuǎn)臂4的下板上裝有微型滾動軸承13，復(fù)合旋轉(zhuǎn)臂4通過微型滾動軸承13與正六邊形機身I的下底板連接，起到加固機械骨架的作用，能使機器人運動時更加穩(wěn)定。
[0027]其中，閉環(huán)控制系統(tǒng)2包括pc機、MCS—51單片機、舵機控制器、舵機一10、舵機二
11、舵機三12、微型無線傳輸攝像頭和壓力傳感器，pc機連接裝于正六邊形機身I上的MCS—51單片機，MCS-51單片機連接舵機控制器，舵機控制器控制舵機一 10、舵機二11和舵機三12，壓力傳感器連接MCS—51單片機，攝像頭連接MCS—51單片機。微型無線傳輸攝像頭安裝在正六邊形機身I上，所述壓力傳感器安裝在長臂6上。微型無線傳輸攝像頭和壓力傳感器將捕捉到的信息反饋給MCS—51單片機，MCS—51單片機將信息處理后反饋給pc機，然后pc機改變MCS—51單片機里的程序來控制三個舵機進而控制機器人的運動，同時微型無線傳輸攝像頭通過無線模塊把圖像信息傳輸出來供操作人員觀察。
[0028]復(fù)合旋轉(zhuǎn)臂4包括舵機一10和舵機二11，由兩個薄板夾持，舵機一10豎直放置，通過水平調(diào)節(jié)組件7與正六邊形機身I連接;舵機二 11水平放置，通過第一豎直調(diào)節(jié)組件8與短臂5連接。機器人共有六個微型滾動軸承13。
[0029]如圖5所示，舵機一10由舵機控制器來控制其轉(zhuǎn)動，通過水平調(diào)節(jié)組件7繞著正六邊形機身I在水平范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，這樣整個機械足3都會在水平方向旋轉(zhuǎn)，能夠驅(qū)動機器人前進和后退；由舵機控制器控制舵機二 11旋轉(zhuǎn)，通過第一豎直調(diào)節(jié)組件8帶動短臂5在豎直范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動，驅(qū)動機械足3在豎直范圍內(nèi)運動，能夠做到機械足3的上升和下降；由舵機控制器控制舵機三12旋轉(zhuǎn)，通過第二豎直調(diào)節(jié)組件9帶動長臂6在豎直范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動，驅(qū)動機械足3在水平范圍內(nèi)做伸展運動，做到機械足3的伸長和收縮;三組運動具有三個自由度，之間相互配合，MCS—51單片機接收微型無線傳輸攝像頭和壓力傳感器采集到的數(shù)據(jù)，傳遞給總pc機和從pc機，總pc機和從pc機處理后，將控制信號傳輸給MCS—51單片機，MCS—51單片機將控制信號傳輸給舵機控制器，實現(xiàn)機器人行走等各種動作。
[0030]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種仿生正六邊形六足機器人，其特征在于:包括正六邊形機身(I)、行走機構(gòu)和控制行走機構(gòu)的閉環(huán)控制系統(tǒng)(2)，行走機構(gòu)包括三對機械足(3)，其中，每支機械足(3)包括復(fù)合旋轉(zhuǎn)臂(4)、短臂(5)、長臂(6)和用于驅(qū)動機械足(3)在水平方向上旋轉(zhuǎn)的水平調(diào)節(jié)組件(7)，復(fù)合旋轉(zhuǎn)臂(4)通過水平調(diào)節(jié)組件(7)安裝在正六邊形機身(I)上，短臂(5)的一端通過第一豎直調(diào)節(jié)組件(8)與復(fù)合旋轉(zhuǎn)臂(4)活動連接，短臂(5)的另一端通過第二豎直調(diào)節(jié)組件(9)與長臂(6)的一端活動連接，復(fù)合旋轉(zhuǎn)臂(4)上同時安裝舵機一(10)和舵機二(11)，長臂(6)上安裝舵機三(12)，復(fù)合旋轉(zhuǎn)臂(4)的下板上裝有微型滾動軸承(13)，復(fù)合旋轉(zhuǎn)臂(4)通過微型滾動軸承(13)與正六邊形機身(I)的下底板連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生正六邊形六足機器人，其特征在于:所述行走機構(gòu)為正六邊形機架。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生正六邊形六足機器人，其特征在于:所述閉環(huán)控制系統(tǒng)(2)包括主pc機、從pc機、MCS—51單片機、舵機控制器、舵機一(10)、舵機二(11)、舵機三(12)、微型無線傳輸攝像頭和壓力傳感器，pc機連接裝于正六邊形機身(I)上的MCS—51單片機，MCS—51單片機連接舵機控制器，舵機控制器控制舵機一(I O )、舵機二( 11)和舵機三(12)，壓力傳感器連接MCS—51單片機，攝像頭連接MCS—51單片機。4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的仿生正六邊形六足機器人，其特征在于:所述微型無線傳輸攝像頭安裝在正六邊形機身(I)上，所述壓力傳感器安裝在長臂(6)上。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生正六邊形六足機器人，其特征在于:所述舵機一(10)豎直放置，通過水平調(diào)節(jié)組件(7)與正六邊形機身(I)連接;舵機二( 11)水平放置，通過第一豎直調(diào)節(jié)組件(8)與短臂(5)連接。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生正六邊形六足機器人，其特征在于:所述機器人共有六個微型滾動軸承(13)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生正六邊形六足機器人，其特征在于:所述舵機控制器控制舵機一(10)轉(zhuǎn)動，舵機一(10)驅(qū)動機械足(3)通過水平調(diào)節(jié)組件(7)繞著正六邊形機身(I)在水平范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動機器人前進和后退;舵機控制器控制舵機二(11)旋轉(zhuǎn)，舵機二(11)驅(qū)動機械足(3)通過第一豎直調(diào)節(jié)組件(8)帶動短臂(5)在豎直范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)機械足(3)的上升和下降;舵機控制器控制舵機三(12)旋轉(zhuǎn)，舵機三(12)驅(qū)動機械足(3)通過第二豎直調(diào)節(jié)組件(9)帶動長臂(6)在豎直范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)機械足(3)的伸長和收縮;MCS—51單片機接收微型無線傳輸攝像頭和壓力傳感器采集到的數(shù)據(jù)，傳遞給總PC機和從PC機，總PC機和從PC機處理后，將控制信號傳輸給MCS—51單片機，MCS—51單片機將控制信號傳輸給舵機控制器，實現(xiàn)機器人行走。
【文檔編號】G05D1/08GK105905187SQ201610458218
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月22日
【發(fā)明人】楊旭, 姜銀光, 孫昌國, 師英杰, 寧貝飛, 岳健
【申請人】北京科技大學