一種仿生尺蠖機(jī)器人運動和控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器人仿生領(lǐng)域，尤其涉及一種仿生尺蠖機(jī)器人運動和控制的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著能源和勘探行業(yè)的發(fā)展，開展對未知區(qū)域的探索工作，受到人們越來越多的重視。傳統(tǒng)輪式勘探設(shè)備受現(xiàn)場環(huán)境影響較大，且其性能受限于電機(jī)和電源，所以輪式勘探設(shè)備在高低不平、泥濘的環(huán)境里不能發(fā)揮其速度快的優(yōu)勢。仿生爬行機(jī)器人與傳統(tǒng)輪式驅(qū)動機(jī)器人不同，采用類似生物爬行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運動。這種運動方式與接觸面具有更大的附著力和更好的越過障礙能力。
[0003]但是這類機(jī)器人在運動機(jī)構(gòu)、控制、驅(qū)動等方面特殊要求，使得實際制作出來的仿生爬行機(jī)器人一般很難達(dá)到預(yù)先的設(shè)計要求，一些潛在的優(yōu)越性能亦得不到充分體現(xiàn)。鑒于以上現(xiàn)狀我們采用仿尺蠖蠕動式爬行機(jī)理設(shè)計并實現(xiàn)一種仿生尺蠖機(jī)器人的運動和控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種實現(xiàn)仿生尺蠖機(jī)器人運動和控制的方法。
[0005]尺蠖蠕動式爬行機(jī)理:尺蠖屬于無脊椎動物，身體細(xì)長，行動時一屈一伸似拱橋，休息時，身體能斜向伸直如枝狀。尺蠖的運動方式是一種蠕動爬行，蠕動是一種周期性的動作，蠕動體的姿態(tài)呈現(xiàn)某種規(guī)律性的變化。尺蠖在運動時，無論收或放都只朝一個方向，這種現(xiàn)象稱為尺蠖效應(yīng)。尺蠖蠕動式爬行相對其他爬行方式具有很多優(yōu)點:可實現(xiàn)在規(guī)則形狀任意長的管道內(nèi)提升重物，或其它任意方向傳送重物，相較同功能的其它機(jī)構(gòu)，能獲得更大的鎖緊力，從而可傳送較重的物體，結(jié)構(gòu)簡單緊湊、運行平穩(wěn)，控制簡便，還可以根據(jù)使用要求，作各種變形設(shè)計，具有較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。
[0006]仿生尺蠖機(jī)器人的運動以機(jī)械設(shè)計來實現(xiàn)。機(jī)械部分以尺蠖爬行機(jī)理為基準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計，整體分為上下兩部分，上面部分是機(jī)器人主干，包括:軀干、連桿、基板等；下面部分是底座。這兩部分通過變種連桿連接，不僅可以實現(xiàn)直線運動亦可以實現(xiàn)360°任意轉(zhuǎn)向。結(jié)構(gòu)設(shè)計獨特，有前后兩段相互聯(lián)系的主體，運動體的姿態(tài)呈現(xiàn)周期性的變化。頭部和尾部分別起著推進(jìn)的作用，而軀干底座部分則起著支撐的作用，輔助規(guī)律性交替?？紤]到電機(jī)扭矩有限，仿生尺蠖機(jī)器人的主體機(jī)構(gòu)采用硬塑料材料制作，不僅小巧輕便，具有一定韌度和承重能力，而且加工簡單，降低成本。同時為了防止機(jī)器人的連接軸在運動過程產(chǎn)生松動，連接軸采用雙層設(shè)計。內(nèi)軸采用質(zhì)地較軟的鋁制管，外軸采用不銹鋼管。
[0007]仿生尺蠖機(jī)器人采用雙電機(jī)控制:一個電機(jī)控制機(jī)器人主干支撐的執(zhí)行方式，另一個電機(jī)控制底座支撐的旋轉(zhuǎn)方式。硬件部分采用凌陽16位SPACE061A單片機(jī)，在單片機(jī)與電機(jī)之間加入驅(qū)動電路從而實現(xiàn)單片機(jī)對兩個直流電機(jī)的控制。通過程序的設(shè)定，以實現(xiàn)兩電機(jī)之間的運動配合，從而使機(jī)器人做出不同的動作。
[0008]本發(fā)明采用特定發(fā)音人識別的方法，通過語音訓(xùn)練可實現(xiàn)對機(jī)器人運動的控制。
【附圖說明】
[0009]圖1本發(fā)明機(jī)構(gòu)原理示意圖。
[0010]圖2本發(fā)明整體硬件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖3本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖。
[0012]圖4本發(fā)明實物圖。
【具體實施方式】
[0013]如圖所示，對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0014]實施例1
[0015]本發(fā)明主要提供一種新型仿生智能尺蠖機(jī)器人運動和控制系統(tǒng)，主要包括:機(jī)器人本體、控制系統(tǒng)1、驅(qū)動電路2、無線接收模塊3、供電系統(tǒng)4、行動電機(jī)5、旋轉(zhuǎn)電機(jī)6組成，供電系統(tǒng)包括5V控制電源和12V驅(qū)動電源，無線接收模塊包括遙控系統(tǒng)和語音控制系統(tǒng)。機(jī)器人機(jī)構(gòu)原理示意圖如圖1、3所示，具有15個低副，機(jī)器人結(jié)構(gòu)包括的軀干7、底座8，兩部分通過連桿10相連，12根軀干由6根連接軸9依此連接，固定在兩塊基板11上，構(gòu)成仿生智能尺蠖機(jī)器人的主干部分，由行動電機(jī)5控制；底座由旋轉(zhuǎn)電機(jī)6控制。機(jī)器人的主體機(jī)構(gòu)采用硬塑料材料制作，不僅小巧輕便，具有一定韌度和承重能力；連接軸采用雙層設(shè)計，內(nèi)軸采用質(zhì)地較軟的鋁制管，外軸采用不銹鋼管，以防止在運動過程中產(chǎn)生松動。
[0016]進(jìn)一步的，本發(fā)明控制系統(tǒng)采用16位凌陽SPCE061A單片機(jī)，由緊固螺絲固定在基板上。遙控系統(tǒng)采用6路非鎖存輸出的接收模塊和大功率六鍵遙控器(編碼芯片為SC2262、PT2262或PT2264)，工作頻率315M，傳輸理論距離千米。接收模塊六路輸出，高電平電壓約為5V，與單片對接，或加一級放大驅(qū)動繼電器或小型直流設(shè)備。
[0017]進(jìn)一步的，為實現(xiàn)仿生尺蠖機(jī)器人的動作，需要單片機(jī)向相應(yīng)的I/O端口發(fā)出信號。單片機(jī)的Ι/0Β 10?13端口作為控制端，實時獲取外部硬件的狀態(tài)信號，根據(jù)這些信號向?qū)?yīng)電機(jī)驅(qū)動芯片的對應(yīng)管腳發(fā)送電平信號，如前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等，通過行動電機(jī)與旋轉(zhuǎn)電機(jī)的配合來實現(xiàn)仿生尺蠖機(jī)器人的不同動作。
[0018]實施例2
[0019]本發(fā)明采用的無線傳輸模塊包含控制器和語音訓(xùn)練系統(tǒng)，不僅可以遠(yuǎn)距離控制，還可以通過特定人語音訓(xùn)練實現(xiàn)機(jī)器人不同動作。
[0020]進(jìn)一步的，SPCE061A單片機(jī)內(nèi)置硬件乘法器和內(nèi)積運算以及語音識別函數(shù)庫來實現(xiàn)語音識別功能，包含特定人的語音訓(xùn)練、識別，語音特征模型的導(dǎo)入、導(dǎo)出函數(shù)等。機(jī)器人語音核心控制采用SPCE061A(SUNPLUS unSP)，外部時鐘為32768Hz，內(nèi)部倍頻最高可至49MHzο通過購置的音頻模組采集外部語音信號，并校驗信息特征，處理分析后給以信號反饋，并通過32位10 口，8路10位ADC，2路10位DAC控制檢測機(jī)器人實現(xiàn)不同動作功能。同時設(shè)置睡眠功能，使機(jī)器人無信號時處于休眠模式，減少設(shè)備的用電量，增強(qiáng)機(jī)器人的獨立續(xù)航能力。在訓(xùn)練過程中，每條語音命令的長度不可以超過1.3秒。
[0021]以上所述的實施例僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明范圍進(jìn)行界定，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種仿生尺蠖機(jī)器人運動及控制方法，其特征在于:包括由連接軸(3)依次連接的軀干(1)、底座(2)、連桿(4)等機(jī)械結(jié)構(gòu)及以SPACE061A單片機(jī)作為控制核心，通過編制的程序及電路，同時驅(qū)動行動電機(jī)和旋轉(zhuǎn)電機(jī)，通過兩電機(jī)的配合完成機(jī)器人直線運動或360。任意轉(zhuǎn)向。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述仿生尺蠖機(jī)器人運動機(jī)理，其特征在于:所述仿生機(jī)器人模擬尺蠖蠕動式爬行機(jī)理實現(xiàn)運動。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述仿生尺蠖機(jī)器人，其特征在于:所述機(jī)器人有上下兩部分構(gòu)成，上部分是主干，由硬塑料制成的軀干通過采用雙層設(shè)計的連接軸相連；下部分是底座。兩部分由連桿連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述仿生尺蠖機(jī)器人控制方法，其特征在于:所述仿生尺蠖機(jī)器人選用SPACE061A單片機(jī)作為控制芯片，根據(jù)獲取硬件的狀態(tài)信號，向?qū)?yīng)電機(jī)驅(qū)動芯片的對應(yīng)管腳發(fā)送電平信號，來實現(xiàn)仿生智能尺蠖機(jī)器人的不同動作。5.根據(jù)權(quán)利要求1和4所述仿生尺蠖機(jī)器人，其特征在于:所述智能機(jī)器人選用自帶有語音訓(xùn)練模式的SPACE061A單片機(jī)，可以通過特定人語音訓(xùn)練，來實現(xiàn)對機(jī)器人運動動作的控制。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種仿生尺蠖機(jī)器人運動及控制方法，運動部分通過機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)，其特征在于：機(jī)身分為上下兩個部分，上部分包括軀干、連桿、連接軸等，由行動電機(jī)控制；下部分為底座，由旋轉(zhuǎn)電機(jī)控制，兩部分通過變種連桿相連，結(jié)構(gòu)設(shè)計獨特，有前后兩段相互聯(lián)系的主體，運動體的姿態(tài)呈現(xiàn)周期性的變化。頭部和尾部分別起著推進(jìn)的作用，而軀干底座部分則起著支撐的作用，輔助規(guī)律性交替；控制部分通過SPACE061A單片機(jī)實現(xiàn)，其特征在于：通過編制的程序和設(shè)計的電路，可實現(xiàn)仿生智能尺蠖機(jī)器人直線行走(前進(jìn)、后退)或360°任意轉(zhuǎn)向(左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn))；同時，通過特定人語音訓(xùn)練，可實現(xiàn)語音對機(jī)器人運動動作的控制。
【IPC分類】B62D57/02
【公開號】CN105292290
【申請?zhí)枴緾N201510770714
【發(fā)明人】顧振杰, 雷劍波, 郭津博, 王云山, 周圣豐, 劉光華
【申請人】天津工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年11月10日