CN103552616A

CN103552616A - 一种复式错层自我识别叠拼式结构机器人

Info

Publication number: CN103552616A
Application number: CN201310524639.5A
Authority: CN
Inventors: 赵丹; 陶砂
Original assignee: Individual
Current assignee: Beijing Polytechnic
Priority date: 2013-10-29
Filing date: 2013-10-29
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2033-10-29
Also published as: CN103552616B

Abstract

本发明公开了一种复式错层自我识别叠拼式结构机器人，包括车辆机器人、车辆载台和行走机器人；车辆机器人设置在车辆载台上和挡板；车辆机器人包括车辆本体、第一微处理器以及分别与第一微处理器电连接的前置距离传感器、后置距离传感器；前置距离传感器与后置距离传感器分别设置在车辆本体前部和尾部；行走机器人包括第二微处理器和设置在车辆载台底部且分别与第二微处理器电连接的第一前置行走装置、第二前置行走装置以及后置行走装置；第一微处理器与第二微处理器通过通讯接口连接；该机器人的两个微处理器既能各自独立运行程序，又能通过车辆机器人感应，在行走时协调控制行走机器人调节车辆载台的高度，使整个机器人保持平衡运动。

Description

一种复式错层自我识别叠拼式结构机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种复式错层自我识别叠拼式结构机器人。

背景技术

目前大专院校中的机器人教学主要是引入现有成品，由于成品封装性较强，不利于教学过程中学生直观观察机器人被控制动作和效果，更不利于教学的二次开发与学生的进一步学习；

目前机器人的控制技术多为群控操作（例如两台机器人协同感应控制同一设备），两台机器人之间如果没有通讯接口相连，一般是无法得知对方的运动信息，而且两台机器人的动作的控制通常也是无法关联，无法达到两台机器人在各自独立状况下相互识别、通讯、调整状态的目的。

因此，现有技术中用于教学的机器人装置开放性差、两台机器人组合在一起不能相互通信、识别，且协调控制能力差。

发明内容

本发明涉及一种复式错层自我识别叠拼式结构机器人，它是一种机器人教育实验装置，由两套独立的模块化单元机器人组成（即车辆机器人和行走机器人），属于一种结构为复式错层设计的叠拼机器人；两个模块机器人既能各自独立运行程序，且通过通讯接口连接，又能通过其中一个车辆机器人感应，协调控制另一个行走机器人在行走时，调节其运动方式和运动轨迹，使整个机器人保持平衡运动。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供的一种复式错层自我识别叠拼式结构机器人，包括车辆机器人、车辆载台和行走机器人；所述车辆机器人设置在车辆载台上；还包括围绕所述车辆载台的边缘的挡板；

所述车辆机器人包括车辆本体、第一微处理器以及分别与所述第一微处理器电连接的前置距离传感器、后置距离传感器；所述前置距离传感器与后置距离传感器分别设置在所述车辆本体前部和尾部；所述行走机器人包括第二微处理器和设置在所述车辆载台底部且分别与所述第二微处理器电连接的第一前置行走装置、第二前置行走装置以及后置行走装置；所述第一微处理器与所述第二微处理器通过通讯接口连接；

所述第一微处理器，用于接收前置距离传感器发送的车辆本体前部距离最近挡板的距离，以及接收后置距离传感器发送的车辆本体尾部距离最近挡板的距离，并计算得到当前车辆机器人与车辆载台的相对位置；根据所述相对位置判断当前车辆载台相对水平面的倾斜方向；将所述倾斜方向发送给第二微处理器；

所述第二微处理器，用于在控制所述行走机器人行进过程中，根据所述倾斜方向，控制调节位于不同车辆载台底部的各行走装置的高度，直至车辆载台相对水平面趋于平行。

与现有技术相比，本发明实施例的优点在于：

本发明提供的一种复式错层自我识别叠拼式结构机器人，分析上述复式错层自我识别叠拼式结构机器人的结构可知：第一微处理器可以接收两种距离传感器所发送的距离（即两种传感器距离最近的挡板的距离），第一微处理器对两种距离进行计算和分析，计算得到当前车辆机器人与车辆载台的相对位置，然后通过该相对位置可以得到当前车辆载台相对水平面的倾斜方向，再将该倾斜方向发送给第二微处理器；且第一微处理器与第二微处理器通过通讯接口连接；

第二微处理器可以接收到由第一微处理器发送的倾斜方向，并根据当前倾斜方向，（在控制所述行走机器人行进过程中）控制调节位于不同车辆载台底部的各行走装置的高度，直至车辆载台相对水平面趋于平行。这样第二微处理器可以通过对位于车辆载台底部的各行走装置的驱动，进而通过改变高度使车辆载台平衡；本发明提供的复式错层自我识别叠拼式结构机器人结构开放性更强，便于学生直观地观察机器人被控制动作和效果，而且两台机器人之间通过通讯接口建立通信连接，可以实现信息通信，并通过对信息识别而对行走机器人实现协调控制。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的复式错层自我识别叠拼式结构机器人的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的复式错层自我识别叠拼式结构机器人中第一行走装置的结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的复式错层自我识别叠拼式结构机器人处于倾斜状态时的结构示意图；

图4为本发明实施例一提供的复式错层自我识别叠拼式结构机器人中第一微处理器的结构示意图；

图5为本发明实施例一提供的复式错层自我识别叠拼式结构机器人中第二微处理器的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

实施例一

参见图1，本发明实施例一提供的一种复式错层自我识别叠拼式结构机器人1，包括车辆机器人2、车辆载台3和行走机器人4；所述车辆机器人2设置在车辆载台3上；还包括围绕所述车辆载台的边缘的挡板5；

所述车辆机器人2包括车辆本体、第一微处理器21（另见图4）以及分别与所述第一微处理器电连接的前置距离传感器22、后置距离传感器23；所述前置距离传感器与后置距离传感器分别设置在所述车辆本体前部和尾部；所述行走机器人4包括第二微处理器41（另见图5）和设置在所述车辆载台底部且分别与所述第二微处理器电连接的第一前置行走装置42、第二前置行走装置43以及后置行走装置44；所述第一微处理器21与所述第二微处理器41通过通讯接口连接；

在本发明实施例中，分析上述复式错层自我识别叠拼式结构机器人的结构可知：第一微处理器可以接收两种距离传感器所发送的距离（即两种传感器距离最近的挡板的距离），第一微处理器对两种距离进行计算和分析，计算得到当前车辆机器人与车辆载台的相对位置，然后通过该相对位置可以得到当前车辆载台相对水平面的倾斜方向，再将该倾斜方向发送给第二微处理器；且第一微处理器与第二微处理器通过通讯接口连接；

下面对本发明实施例中复式错层自我识别叠拼式结构机器人做进一步说明：

较佳地，

位于车辆载台底部的所述第一前置行走装置的安装位置、第二前置行走装置的安装位置分别与后置行走装置的安装位置的距离相等。

需要说明的是，其各个行走装置的安装位置的连线为等腰三角形。三条行走装置既起到支撑车辆载台的作用，又可以通过驱动行走来改变车辆载台上不同安装位置的水平高度。

较佳地，

参见图2，所述第一前置行走装置42包括依次转动连接的多个舵机连接件421（即可承接连杆旋转运动的关节）和第一脚垫部422，还包括第一左腿舵机423、第二左腿舵机424、第三左腿舵机425、第四左腿舵机426；其中，第一左腿舵机423、第二左腿舵机424、第三左腿舵机425分别设置在相互两两相连的舵机连接件421之间，所述第四左腿舵机426设置在位于底部的所述舵机连接件与所述第一脚垫部422之间；

所述第二前置行走装置43包括依次转动连接的多个舵机连接件（未示出）和第二脚垫部，还包括第一右腿舵机、第二右腿舵机、第三右腿舵机、第四右腿舵机；其中，第一右腿舵机、第二右腿舵机、第三右腿舵机分别设置在相互两两相连的舵机连接件之间，所述第四右腿舵机设置在位于底部的所述舵机连接件与所述第二脚垫部之间；

所述后置行走装置44包括依次转动连接的多个舵机连接件（未示出）和第三脚垫部，还包括第一后腿舵机、第二后腿舵机、第三后腿舵机、第四后腿舵机；其中，第一后腿舵机、第二后腿舵机、第三后腿舵机分别设置在相互两两相连的舵机连接件之间，所述第四后腿舵机设置在位于底部的所述舵机连接件与所述第三脚垫部之间。

需要说明的是：两个前置行走装置分别为依次关节连接的四个左腿舵机（或是右腿舵机）；所述后置行走装置包括依次关节连接的四个后腿舵机。该关节就是不同的舵机连接件，舵机连接件与舵机连接件之间通过舵机驱动其转动连接，舵机连接件与车辆载台之间，舵机连接件与脚垫部之间也是通过舵机实现转动的，舵机（即驱动电机）用于驱动舵机连接件相对旋转。

较佳地，

参见图4，所述第一微处理器21包括距离接收单元210、倾斜方向识别处理单元211，其中：

所述距离接收单元210，用于接收前置距离传感器发送的车辆本体前部距离最近挡板的距离L1，以及接收后置距离传感器发送的车辆本体尾部距离最近挡板的距离L2；

所述倾斜方向识别处理单元211，用于判断距离L1和距离L2是否等于预设标准距离L，若是，则判定当前车辆机器人处于车辆载台的中心位置，且不进行高度调节操作；

若否，则判定当前车辆机器人偏离了车辆载台的中心位置，并继续判断距离L1是否大于预设标准距离L且距离L2小于预设标准距离L，若是，则判定当前车辆机器人相对车辆载台的中心位置向车辆本体尾部方向偏离，显然其倾斜方向为车辆本体尾部方向（即车辆机器人当前位置偏向车辆尾部了，由于车辆机械人在车辆载台上产生滑动而引发的位置偏移，所以若当前车辆机器人位置偏移向车辆尾部发生了，所以可以断定其车辆尾部方向上的车辆载台的高度低于车辆前部方向上的车辆载台的高度，即前高后低，具体参见图3中所示意的结构）；若否，则判定当前车辆机器人相对车辆载台的中心位置向车辆本体前部方向偏离，倾斜方向为车辆本体前部方向（其原理同上，产生技术效果与前面的情况相反，本发明实施例不再一一赘述）。

所述预设标准距离L为车辆机器人处于车辆载台的中心位置时，前置距离传感器和后置距离传感器到前后挡板的距离。

所述预设标准距离L是预存在处理器中的一个数据，其现实意义为车辆机器人处于车辆载台的中心位置时，前置距离传感器和后置距离传感器到前后挡板的距离。因此判断距离L1与距离L2与上述预设标准距离L的关系是判定当前车辆机器人在车辆载台上位置状态的关键参数，当L1=L2=L时，车辆机器人处于中心临界状态位置，这样在行走机器人行进的过程中，第一微处理器不会发送进行高度调节操作的信号，这样第二微处理器将不会驱动与其电连接的各个行走装置（主要是不会驱动各个行走装置中的各个舵机（即驱动电机））。

其中，四个后腿舵机可以从0度旋转到300度。遇到凹凸地面时，三条腿由于处在不同平面，车辆载台发生倾斜，车辆机器人通过前置距离传感器和后置距离传感器接收距离信息，并通过微处理器（即芯片）进行分析和计算，判断当前车辆机器人的自身偏移位置，并确定倾斜方向，然后发给第二微处理器（发出信息给行走机器人上的第二微处理器），第二微处理器用于在行走时调节平衡倾斜方向，行走机器人上的第二微处理器调整各个左腿舵机、各个右腿舵机、各个后腿舵机的舵机转动角度，使车辆载台调整至水平状态，最终保障车辆载台上车辆机器人向中心位置移动，即使车辆载台趋于平衡。

在后续行走机器人行进过程中，若车辆载台再次发生倾斜导致车辆载台上的车辆机器人发生位置偏移时，车辆机器人继续进行自动识别和后续的协调控制，直至车辆载台保持水平方向。

较佳地，

参见图5，所述第二微处理器41包括高度调节单元410；

所述高度调节单元410，用于若当前车辆本体倾斜方向为车辆本体尾部方向，则在所述行走机器人行进过程中，提升与距离车辆本体尾部最近的行走装置的高度，或降低与距离车辆本体前部最近的行走装置的高度，直至车辆载台相对水平面趋于平行；若当前车辆本体倾斜方向为车辆本体前部方向，则在所述行走机器人行进过程中，提升与距离车辆本体前部最近的行走装置的高度，或降低与距离车辆本体尾部最近的行走装置的高度，直至车辆载台相对水平面趋于平行。

本发明实施例中复式错层自我识别叠拼式结构机器人采用模块化结构，具有好的开放性，两个模块机器人既能自我识别、各自独立运行程序，又能相互作用找出合适的运动轨迹和运动方式，使整个机器人保持平衡运动。

通讯接口（communication interface）是指微处理之间或是处理器与标准通信子系统之间的接口。如：RS232接口、RS485接口。上述RS232或RS485总线方式连接只是其中一个优选的技术方案，数据总线接口还可以是LVDS接口，本发明实施例对此不再一一赘述。

较佳地，

所述车辆本体包括车辆支撑架和万向车轮；

所述万向车轮设置在所述车辆支撑架底部。

较佳地，

所述车辆载台为矩形或圆形。

由于现有技术中机器人封装性很强，其不利于教学的二次开发与学生的进一步学习。但是本发明实施例中的第一微处理器和第二微处理器（两个芯片）没有封装在一起，学生可以通过编程语言修改该芯片内的程序（或是各项参数，例如舵机转动高度、预设标准距离L等）。本发明实施例涉及的复式错层自我识别叠拼式结构机器人，可以克服现有机器人教学装置开放性差、建模难度大、两台机器人组合在一起不能相互通信、相互识别、协调运动的不足，本发明提供一种复式错层自我识别叠拼式结构机器人，该机器人不仅采用模块化结构，具有好的开放性，而且避免一般常用的建模方法，利用传感器实现上下两台机器人之间的通讯，使两个模块机器人既能各自自动运行程序，又能相互作用找出合适的运动轨迹和运动方式，使整个机器人保持平衡运动。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：机器人由两套独立的模块化单元机器人叠拼组成，由车辆机器人、前置和后置传感器以及车辆载台和行走机器人组成。当整个机器人行走时，放置于车辆载台上部的车辆机器人通过自身前后安装的距离传感器检测车辆载台上相对挡板的位置，得到当前车辆机器人相对车辆载台中心位置的偏移关系，判断车辆机器人是否处于车辆载台的中心位置，发送信息给行走机器人，行走机器人调整各腿舵机的角度，使车辆载台处于水平状态，达到整个叠拼机器人保持行走平衡的目的。本发明实施例的叠拼式结构机器人可以满足教育、教学要求，同时无论车辆载台如何倾斜，都可以通过自识别、协调控制舵机式车辆载台保持水平稳定。

本发明实施例涉及的复式错层自我识别叠拼式结构机器人，从外形到内部构造都很简洁、清楚明了，非常适用于各大专院校的对自动化控制学科的实验教学。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种复式错层自我识别叠拼式结构机器人，其特征在于，包括车辆机器人、车辆载台和行走机器人；所述车辆机器人设置在车辆载台上；还包括围绕所述车辆载台的边缘的挡板；

2.如权利要求1所述的复式错层自我识别叠拼式结构机器人，其特征在于，

所述第一微处理器包括距离接收单元、倾斜方向识别处理单元，其中：

所述距离接收单元，用于接收前置距离传感器发送的车辆本体前部距离最近挡板的距离L1，以及接收后置距离传感器发送的车辆本体尾部距离最近挡板的距离L2；

所述倾斜方向识别处理单元，用于判断距离L1和距离L2是否等于预设标准距离L，若是，则判定当前车辆机器人处于车辆载台的中心位置，且不进行高度调节操作；若否，则判定当前车辆机器人偏离了车辆载台的中心位置，并判断距离L1是否大于预设标准距离L且距离L2小于预设标准距离L，若是，则判定当前车辆机器人相对车辆载台的中心位置向车辆本体尾部方向偏离，其倾斜方向为车辆本体尾部方向；若否，则判定当前车辆机器人相对车辆载台的中心位置向车辆本体前部方向偏离，倾斜方向为车辆本体前部方向；

3.如权利要求2所述的复式错层自我识别叠拼式结构机器人，其特征在于，

所述第二微处理器包括高度调节单元；

所述高度调节单元，用于若当前车辆本体倾斜方向为车辆本体尾部方向，则在所述行走机器人行进过程中，提升与距离车辆本体尾部最近的行走装置的高度，或降低与距离车辆本体前部最近的行走装置的高度，直至车辆载台相对水平面趋于平行；若当前车辆本体倾斜方向为车辆本体前部方向，则在所述行走机器人行进过程中，提升与距离车辆本体前部最近的行走装置的高度，或降低与距离车辆本体尾部最近的行走装置的高度，直至车辆载台相对水平面趋于平行。

4.如权利要求3所述的复式错层自我识别叠拼式结构机器人，其特征在于，

5.如权利要求2所述的复式错层自我识别叠拼式结构机器人，其特征在于，

所述第一前置行走装置包括依次转动连接的多个舵机连接件和第一脚垫部，还包括第一左腿舵机、第二左腿舵机、第三左腿舵机、第四左腿舵机；其中，第一左腿舵机、第二左腿舵机、第三左腿舵机分别设置在相互两两相连的舵机连接件之间，所述第四左腿舵机设置在位于底部的所述舵机连接件与所述第一脚垫部之间；

所述第二前置行走装置包括依次转动连接的多个舵机连接件和第二脚垫部，还包括第一右腿舵机、第二右腿舵机、第三右腿舵机、第四右腿舵机；其中，第一右腿舵机、第二右腿舵机、第三右腿舵机分别设置在相互两两相连的舵机连接件之间，所述第四右腿舵机设置在位于底部的所述舵机连接件与所述第二脚垫部之间；

所述后置行走装置包括依次转动连接的多个舵机连接件和第三脚垫部，还包括第一后腿舵机、第二后腿舵机、第三后腿舵机、第四后腿舵机；其中，第一后腿舵机、第二后腿舵机、第三后腿舵机分别设置在相互两两相连的舵机连接件之间，所述第四后腿舵机设置在位于底部的所述舵机连接件与所述第三脚垫部之间。

6.如权利要求1所述的复式错层自我识别叠拼式结构机器人，其特征在于，

所述车辆本体包括车辆支撑架和万向车轮；

所述万向车轮设置在所述车辆支撑架底部。

7.如权利要求1所述的复式错层自我识别叠拼式结构机器人，其特征在于，

所述车辆载台为矩形或圆形。

8.如权利要求1所述的复式错层自我识别叠拼式结构机器人，其特征在于，

所述通讯接口包括RS232接口、RS485接口或LVDS接口。