仿生正六邊形六足機器人的制作方法
【專利摘要】本發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領域。該機器人包括正六邊形機身、行走機構和控制行走機構的閉環控制系統，行走機構為正六邊形機架，包括三對機械足，每支機械足包括復合旋轉臂、短臂、長臂和用于驅動所述機械足在水平方向上旋轉的水平調節組件，水平調節組件在水平范圍內旋轉，驅動機器人前進和后退；通過短臂在豎直范圍內轉動，做到機械足的上升和下降；通過長臂在豎直范圍內轉動，驅動機械足在水平范圍內做伸展運動；六個機械足的相互運動組成運動機構來驅動機器人實現各種動作。該機器人對地形適應能力強，可應用于危險地帶的探測，也能應用于航空航天、未知星球勘測環境。
【專利說明】
仿生正六邊形六足機器人
技術領域
[0001]本發明涉及行走機器人技術領域，特別是指一種仿生正六邊形六足機器人。
【背景技術】
[0002]步行機的構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，采用腿式結構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得到了廣泛的應用，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支撐點，即使在表面極度不規則的情況下，通過嚴格選擇足的支撐點，也能夠行走自如；可以應用于危險地帶的探測，或者是人類不能到達的地方，也能應用于航空航天、未知星球勘測環境。
[0003]目前，常見的步行機器人有兩足式、四足式應用較多，其中的兩足式和四足式相對六足式腿部個數較少，腿部關節自由度較少，運到不夠靈活，動態穩定性較差。部分不規則六足機器人身體結構不勻稱，導致在前進過程中行走不穩定，容易發生側翻。而且大部分現有的行走機器人行走步態是固定的，這樣在崎嶇不平穩路面行走時機體的關節將受到很大的沖擊力，有可能損壞關節和驅動元件。
[0004]由于腿結構設計的原因，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是非線性的多輸入和多輸出不穩定系統，具有時變性和間歇動態性。目前四足機器人的步行運動大多數是基于步態的幾何位置軌跡規劃、關節位置控制的規劃和控制策略。而對機器人進行單純的幾何位置規劃與控制，則會由于慣性、腳力失衡等因素而導致機器人失穩。
[0006]而且大部分現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，在復雜路面行走過程中可能處理不及時。有的關節是由邏輯電路組成的狀態機控制的，因此機器人的行為受到限制，只能呈現固定的運動形式。
【發明內容】
[0007]本發明要解決的技術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、行走機構和控制行走機構的閉環控制系統，行走機構為正六邊形機架，包括三對機械足，其中，每支機械足包括復合旋轉臂、短臂、長臂和用于驅動機械足在水平方向上旋轉的水平調節組件，復合旋轉臂通過水平調節組件安裝在正六邊形機身上，短臂的一端通過第一豎直調節組件與復合旋轉臂活動連接，短臂的另一端通過第二豎直調節組件與長臂的一端活動連接，復合旋轉臂上同時安裝舵機一和舵機二，長臂上安裝舵機三，復合旋轉臂的下板上裝有微型滾動軸承，復合旋轉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，閉環控制系統包括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]復合旋轉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，通過水平調節組件與正六邊形機身連接;舵機二水平放置，通過第一豎直調節組件與短臂連接。
[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。它可以通過調節腿的長度保持身體水平，也可以通過調節腿的伸展程度調整重心位置，因此不易翻到，穩定性更尚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的管理、通訊、運動學和動力學計算，并向下級微機發送指令信息;作為下級從機，進行插補運算和伺服控制處理，實現給定的運動，并向主機反饋信息。
[0013]腿機構的緩沖裝置是必不可少的，其腿關節類似動物腿關節，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。壓力傳感器和姿態控制系統根據傳感信息做出的控制決策，實現在不平整地面的自適應靜態步行。
[0014]該機器人能夠實現不規則地面的自適應動態步行，顯示了生物激勵控制對未知的不規則地面有自適應能力的優點。它的另一特點是利用了微型無線攝像機導航，可以辨別和避讓前方存在的障礙，能夠在封閉回廊中實現無碰撞快速行走。
[0015]該機器人機動性和反應能力都很強，平衡能力極佳，且有較強的負載能力。
[0016]本發明的上述技術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支撐點，即使在表面極度不規則的情況下，通過嚴格選擇足的支撐點，也能夠行走自如;在負載、穩定性、靈活性和對地面的適應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。可以應用于危險地帶的探測，或者是人類不能到達的地方，也能應用于航空航天、未知星球勘測環境。很好的解決了現有輪式和履帶式機器人不能到達復雜地面的限制，以及其他現有足式機器人行走不穩定的缺陷。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明的仿生正六邊形六足機器人結構俯視圖；
[0019]圖2為本發明的仿生正六邊形六足機器人結構主視圖；
[0020]圖3為本發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為本發明的仿生正六邊形六足機器人閉環控制系統原理圖。
[0023]其中:1-正六邊形機身；2-閉環控制系統；3-機械足;4-復合旋轉臂；5-短臂;6_長臂;7-水平調節組件;8-第一豎直調節組件;9-第二豎直調節組件；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]為使本發明要解決的技術問題、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。
[0025]本發明針對現有輪式和履帶式機器人不能到達復雜地面的限制，以及其他現有足式機器人行走不穩定的缺陷問題，提供一種仿生正六邊形六足機器人。
[0026]如圖1和圖2所示，為該機器人結構示意圖，該機器人包括正六邊形機身1、行走機構和控制行走機構的閉環控制系統2，行走機構為正六邊形機架，包括三對機械足3，如圖3和圖4所示，每支機械足3包括復合旋轉臂4、短臂5、長臂6和用于驅動機械足3在水平方向上旋轉的水平調節組件7，復合旋轉臂4通過水平調節組件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節組件8與復合旋轉臂4活動連接，短臂5的另一端通過第二豎直調節組件9與長臂6的一端活動連接，復合旋轉臂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，復合旋轉臂4的下板上裝有微型滾動軸承13，復合旋轉臂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定。
[0027]其中，閉環控制系統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]復合旋轉臂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，通過水平調節組件7與正六邊形機身I連接;舵機二 11水平放置，通過第一豎直調節組件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動，通過水平調節組件7繞著正六邊形機身I在水平范圍內旋轉，這樣整個機械足3都會在水平方向旋轉，能夠驅動機器人前進和后退；由舵機控制器控制舵機二 11旋轉，通過第一豎直調節組件8帶動短臂5在豎直范圍內轉動，驅動機械足3在豎直范圍內運動，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，通過第二豎直調節組件9帶動長臂6在豎直范圍內轉動，驅動機械足3在水平范圍內做伸展運動，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據，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，實現機器人行走等各種動作。
[0030]以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發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視為本發明的保護范圍。
【主權項】
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)、行走機構和控制行走機構的閉環控制系統(2)，行走機構包括三對機械足(3)，其中，每支機械足(3)包括復合旋轉臂(4)、短臂(5)、長臂(6)和用于驅動機械足(3)在水平方向上旋轉的水平調節組件(7)，復合旋轉臂(4)通過水平調節組件(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節組件(8)與復合旋轉臂(4)活動連接，短臂(5)的另一端通過第二豎直調節組件(9)與長臂(6)的一端活動連接，復合旋轉臂(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)，復合旋轉臂(4)的下板上裝有微型滾動軸承(13)，復合旋轉臂(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.根據權利要求1所述的仿生正六邊形六足機器人，其特征在于:所述行走機構為正六邊形機架。3.根據權利要求1所述的仿生正六邊形六足機器人，其特征在于:所述閉環控制系統(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.根據權利要求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.根據權利要求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，通過水平調節組件(7)與正六邊形機身(I)連接;舵機二( 11)水平放置，通過第一豎直調節組件(8)與短臂(5)連接。6.根據權利要求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.根據權利要求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)轉動，舵機一(10)驅動機械足(3)通過水平調節組件(7)繞著正六邊形機身(I)在水平范圍內旋轉，驅動機器人前進和后退;舵機控制器控制舵機二(11)旋轉，舵機二(11)驅動機械足(3)通過第一豎直調節組件(8)帶動短臂(5)在豎直范圍內轉動，實現機械足(3)的上升和下降;舵機控制器控制舵機三(12)旋轉，舵機三(12)驅動機械足(3)通過第二豎直調節組件(9)帶動長臂(6)在豎直范圍內轉動，實現機械足(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據，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