CN104679005B - 基于智能终端控制的行走载物装置及控制方法 - Google Patents

基于智能终端控制的行走载物装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于智能终端控制的行走载物装置及方法,包括智能终端,用于发送控制指令;载物平台,用于搭载物品;四条腿,用于行走且支撑载物平台,每个腿包括髋关节和膝关节,在各髋关节和各膝关节上均设有舵机;超声波传感器,设置在载物平台的前边缘;传感器模块,由加速度计和陀螺仪组成,安装在载物平台的下方;单片机最小系统,该单片机最小系统分别与超声波传感器、传感器模块以及各舵机连接,基于超声波传感器及传感器模块所采集的数据对各舵机进行控制;单片机最小系统还与智能终端进行无线通信,接收智能终端所发出的控制指令,并基于该控制指令对各舵机进行控制。本发明具有稳定性强、速度快、行走距离长,并能够在复杂环境中行走。

Description

基于智能终端控制的行走载物装置及控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种机器人,具体涉及一种基于智能终端控制的行走载物装置及控制 方法。
背景技术
[0002] 随着网络时代的到来以及第四代通信技术的发展,各种智能移动终端相继问世, 以Android 5.0平台为代表的智能手机正伴随着3G/4G技术开始获得人们的广泛接受。在这 场移动设备的革命中,移动终端设备己经跨越了仅仅将通信作为唯一目标的模式,如今变 成了具有广泛应用价值的计算、控制、管理的综合服务平台。将智能手机与控制系统相结 合,使传统的PC机工作平台具备便携能力,为实现真正的移动通信提供了可能。Android手 机可利用周围无线网络资源与行走载物装置进行交互并实施控制,不仅为现有智能控制系 统提供了新的控制方法,也为实现机器与人的信息交换提供了新的交互手段。特别是在我 国酝酿的物联网开发与应用的大潮中,这样一种新型的控制方法,将对人们的工作方式及 生活方式,甚至对世界都将产生巨大的影响。
[0003] 目前,有十余项专利与Android手机控制的行走载物装置及控制方法有关:如公开 号:CN 102655012 A公开了"一种基于Android平台控制碟机的装置及方法",该装置包括 Android设备,所述基于Android平台控制碟机的装置还包括碟机;所述碟机包括用于读碟 的MPEG模块;所述Android设备包括用于检测碟机状态且在碟机中有碟片时控制碟机的 MPEG模块读碟并将读取的碟片内容转发的MCU模块和与所述MPEG模块连接的用于播放MCU 模块转发过来的MPEG模块读取的碟片内容的播放模块。又如公开号CN 101916201 A公开了 "一种基于Android移动终端冷启动的方法和装置",该方法包括在快速冷启动模式下,当关 闭移动终端的电源后,移动终端在待机状态下将需要保存的数据备份到非易失存储设备 中,然后将移动终端断电;当重新启动移动终端后,将备份在非易失存储设备中的数据恢复 到相应的物理内存。又如公开号为CN 103019746 A公开了 "基于Android平台的软件交互控 制方法及系统",该控制方法包括以下步骤:步骤S01、当监听到触发事件时,获取预置的界 面组件及相应的系统底层数据;步骤S02、根据所述预置的界面组件及相应的系统底层数 据,按照预先设置的显示逻辑在顶层显示相应的界面;步骤S03、监测到外部指令时,响应外 部指令,并将所述指令写入系统底层,并返回执行步骤S02。
[0004] 以上专利申请均存在以下缺点:
[0005] (1)机械结构复杂:行走装置机械结构复杂,成本高,不利于现代化的智能控制。
[0006] (2)仿生性差:上述装置均不是基于动物的行走姿势模仿制造而得,使得装置的运 行比较笨拙,不能达到仿生装置的灵活运动状态。
[0007] (3)软件控制流程复杂:基于Android手机控制的程序十分复杂,造成系统响应速 度慢。
发明内容
[0008] 本发明的目的是提供一种基于智能终端控制的行走载物装置及控制方法,它具有 稳定性强、速度快、行走距离长,并能在复杂环境中行走。
[0009] 本发明所述的基于智能终端控制的行走载物装置,
[0010] 智能终端,用于发送控制指令;
[0011] 载物平台,用于搭载物品;
[0012] 四条腿,对称设置在载物平台的左右两边,用于行走且支撑载物平台,每个所述腿 包括髋关节和膝关节,在各髋关节和各膝关节上均设有舵机;
[0013] 超声波传感器,该超声波传感器设置在载物平台的前边缘,用于探测前方障碍物;
[0014] 传感器模块,由加速度计和陀螺仪组成,该传感器模块安装在载物平台的下方,用 于检测载物平台的倾斜角度值;
[0015] 单片机最小系统,该单片机最小系统分别与超声波传感器、传感器模块以及各舵 机连接,基于超声波传感器及传感器模块所采集的数据对各舵机进行控制;单片机最小系 统还与智能终端进行无线通信,接收智能终端所发出的控制指令,并基于该控制指令对各 舵机进行控制;
[0016] 无线通信模块,该无线通信模块与单片机最小系统连接,用于实现单片机最小系 统与智能终端的无线通信;
[0017] 电源模块,该电源模块经5V稳压模块稳压后为单片机最小系统、无线通信模块、声 波传感器、传感器模块供电,电源模块还经6V稳压模块稳压后为各舵机供电。
[0018] 在每条腿的足底均设有橡胶。
[0019] 所述单片机最小系统采用的控制芯片为STC12C5A60S2。
[0020] 所述舵机的型号为MG995。
[0021] 所述超声波传感器的型号为HC-SR04。
[0022] 所述传感器模块的型号为MPU-6050。
[0023] 所述智能终端为Android手机。在Android手机上设置有六个指令键,其中:"S1"表 示启动,"S2"表示停止,"S3"表示前进,"S4"表示后退,"S5"表示左转,"S6"表示右转; Android手机通过这六个指令键来发送控制指令给单片机最小系统。
[0024] 还包括与单片机最小系统连接的模式切换按键和模式指示灯,当模式指示灯亮表 示手动控制模式,当模式指示灯灭为自动控制模式。
[0025] 本发明所述的基于智能终端控制的行走载物装置的控制方法,
[0026] 包括自动控制模式和手动控制模式;
[0027] 在自动控制模式下:
[0028] a、传感器模块检测载物平台的倾斜角度值T_ANGEL并传送给单片机最小系统,超 声波传感器探测前方是否有障碍物并传送给单片机最小系统;
[0029] 所述倾斜角度的计算公式如下:
[0030] T_ANGEL= (G_VALUE-G_OFFSET) *Kgyro+5: D_VALUE* (1/T);
[0031] 其中:G_VALUE为陀螺仪采集的值,G_0FFSET为陀螺仪的零偏值,Kgyro为陀螺仪的 比例值,D_VALUE为加速度计所获得的倾斜角度,T为积分时间常数;
[0032] b、单片机最小系统基于该倾斜角度值T_ANGEL控制PWM波的占空比实现对各舵机 转动角度的控制,从而控制髋关节和膝关节的摆动角度,使行走载物装置循环执行前进动 作;当超声波传感器探测到前方有障碍物时,单片机最小系统控制行走载物装置执行右转 或左转动作,绕过障碍物后再循环执行前进动作;
[0033] 在手动控制模式下:
[0034] 单片机最小系统基于智能终端所发送的控制指令控制PWM波的占空比实现对各舵 机输出轴旋转角度的控制,从而控制髋关节和膝关节的摆动角度,使行走载物装置完成该 控制指令所对应的动作,该控制指令包括前进、后退、左转、右转、启动及停止动作。
[0035]行走载物装置的前进通过五个步态完成:
[0036] 步态1、单片机最小系统控制左前腿和右后腿的髋关节向前摆动角度为0,左前腿 和右后腿的膝关节保持直立;
[0037] 步态2、单片机最小系统控制右前腿和左后腿的髋关节向前摆动角度为0,右前腿 和左后腿的膝关节保持直立;
[0038] 步态3、单片机最小系统控制左如腿和右后腿的髓关节和膝关节保持直立;
[0039] 步态4、单片机最小系统控制左前腿和右后腿的髋关节向前摆动角度为0,左前腿 和右后腿的膝关节保持直立;
[0040] 步态5、单片机最小系统控制右肖U腿和左后腿的髓关节和膝关节保持直立,左如腿 和右后腿的髓关节和膝关节保持直立。
[0041] 行走载物装置的后退通过五个步态完成:
[0042] 步态1:单片机最小系统控制左前腿和右后腿的髋关节向后摆动角度为0,左前腿 和右后腿的膝关节保持直立;
[0043] 步态2:单片机最小系统控制右前腿和左后腿的髋关节向后摆动角度为0,右前腿 和左后腿的膝关节保持直立;
[0044] 步态3、单片机最小系统控制左如腿和右后腿的髓关节和膝关节保持直立;
[0045] 步态4、单片机最小系统控制左前腿和右后腿的髋关节向后摆动角度为0,左前腿 和右后腿的膝关节保持直立;
[0046] 步态5、单片机最小系统控制右肖U腿和左后腿的髓关节和膝关节保持直立,左如腿 和右后腿的髓关节和膝关节保持直立;
[0047] 行走载物装置的左转通过四个步态完成:
[0048] 步态1、单片机最小系统控制右前腿和左后腿的髋关节向前摆动角度为0,右前腿 和左后腿的膝关节保持直立;
[0049] 步态2、单片机最小系统控制左前腿和右后腿的髋关节向前摆动角度为0,左前腿 和右后腿的膝关节保持直立;
[0050] 步态3、单片机最小系统控制右如腿和左后腿的髓关节和膝关节保持直立;
[0051] 步态4、单片机最小系统控制左如腿和右后腿的髓关节和膝关节保持直立;
[0052]行走载物装置的右转通过四个步态完成:
[0053] 步态1、单片机最小系统控制左前腿和右后腿的髋关节向前摆动角度为9,左前腿 和右后腿的膝关节保持直立;
[0054] 步态2、单片机最小系统控制右前腿和左后腿的髋关节向前摆动角度为0,右前腿 和左后腿的膝关节保持直立;
[0055] 步态3、单片机最小系统控制左如腿和右后腿的髓关节和膝关节保持直立;
[0056] 步态4、单片机最小系统控制右如腿和左后腿的髓关节和膝关节保持直立。
[0057] 本发明具有以下优点:
[0058] (1)本发明采用腿式结构,机械结构简单;四条腿(每条腿的两个关节:髋关节和膝 关节),每个腿关节上装有舵机;稳定性强、速度快、行走距离长,能够在复杂环境中行走; [0059] (2)软硬件控制简单方便,系统响应速度快;微处理采用STC12C5A60S2单片机芯 片;该芯片属于8051系列单片机的一种,但与普通51单片机相比有以下特点:同样晶振的情 况下,速度是普通51的8~12倍;有8路10位AD;有4个16位定时器,2路PWM;有SPI接口;有 EEPR0M;有1K内部扩展RAM;有WATCH_D0G;双串口;10 口可以定义(含四种状态);中断优先级 有四种状态可定义;软件采用模糊PID的控制算法,提高了行走载物装置的稳定性和可靠 性;
[0060] (3)仿生性强;本发明步态采用模拟哺乳动物行走姿态,使基于Android手机控制 的行走载物装置能够快速稳定的行走在复杂的环境中;根据行走载物装置要完成的任务 (运动控制、稳定控制)及当前运行的地形环境(不平整地形、斜坡地形等)信息对受力腿步 态和运动腿步态进行规划;受力腿,指的是将两条对角线上的两条腿分别等效为一条受力 腿;将受力腿步态分解到对角线前、后两条腿上,完成支撑的步态;剩下两条腿为运动退,运 动腿完成踢腿的步态;
[0061] (4)使用Android手机控制便于携带,移动性强;该控制系统性能可靠,成本低,不 依赖网络,能够很好地实现对行走载物装置运动的控制;Android手机使用频率十分高,早 已融入人们的日常生活,所以使用Android手机控制十分的方便,避免了出现因遗忘携带控 制器而不能操作控制装置的情况;
[0062]综上所述,本发明具有运动灵活、稳定性好,能够以静态步行方式实现不平地面及 复杂地形上的行走,在抢险救灾、排雷、探险、娱乐及军事等许多方面有很好的应用前景。
附图说明
[0063]图1是本发明的原理框图;
[0064]图2是本发明中的正常行走状态下的前进步态图;
[0065]图3是本发明的控制流程图;
[0066] 图4是本发明的自动控制模式流程图;
[0067] 图5是本发明的手动控制模式流程图;
[0068] 图6是本发明中单片机最小系统的原理图;
[0069]图7是本发明中5V稳压模块的原理图;
[0070]图8是本发明中6V稳压模块的原理图;
[0071]图9是本发明中舵机的内部结构图。
具体实施方式
[0072]下面结合附图对本发明作进一步说明:
[0073]如图1所示的基于智能终端3控制的行走载物装置,包括智能终端3、载物平台16、 四条腿、八个舵机8、超声波传感器6、传感器模块5、单片机最小系统9、无线通信模块4、5V稳 压模块2、6V稳压模块7和电源模块1。
[0074] 如表1所示,智能终端3采用Android手机,在Android手机上设置有六个指令键,其 中:"S1"表示启动,"S2"表示停止,"S3"表示前进,"S4"表示后退,"S5"表示左转,"S6"表示 右转;Android手机通过这六个指令键来发送控制指令给单片机最小系统9。
[0075]
Figure CN104679005BD00091
[0077] 表 1
[0078] 智能终端3用于发送控制指令。载物平台16用于搭载物品。四条腿对称设置在载物 平台16的左右两边,用于行走且支撑载物平台16,每个腿包括髋关节14和膝关节15,在各髋 关节14和各膝关节15上均设有舵机8,并在每条腿的足底设有耐摩擦的橡胶17,使其行走时 脚与地面的摩擦能够增大。超声波传感器6设置在载物平台16的前边缘,用于探测前方障碍 物。传感器模块5由加速度计和陀螺仪组成,该传感器模块5安装在载物平台16的下方,用于 检测载物平台16的倾斜角度值。单片机最小系统9分别与超声波传感器6、传感器模块5以及 各舵机8连接,基于超声波传感器6及传感器模块5所采集的数据对各舵机8进行控制;单片 机最小系统9还与智能终端3进行无线通信,接收智能终端3所发出的控制指令,并基于该控 制指令对各舵机8进行控制。无线通信模块4与单片机最小系统9连接,用于实现单片机最小 系统9与智能终端3的无线通信。电源模块1采用的是12V锂电池,12V锂电池经5V稳压模块2 稳压后为单片机最小系统9、无线通信模块4、超声波传感器6、传感器模块5供电,12V锂电池 还经6V稳压模块7稳压后为各舵机8供电。电源模块1为整个系统工作提供所需的电压,是系 统执行任务的基础。电源模块1设计了一个开关,方便控制;另外,还有指示灯,可以检测电 源是否正常供电。
[0079] 如图1、图7和图8所示,在舵机8驱动过程中,将舵机驱动和单片机最小系统9分开 供电,可以避免电流波动影响行走载物装置运动稳定性。单片机最小系统9的额定电压为 5V,采用集成稳压芯片LM2956S-5.0供电;舵机8驱动部分的额定电压为6V,估算额定电流约 5A,采用可调整型双路集成稳压芯片LM2596_ADJ供电,最大输出电流能够到达6A。行走载物 装置使用的是大扭矩的MG995舵机8,参考电压为Vref=1.23V,因此实际输出电压Vout = Vref(l+Rl/R2) =1.23(1+4.3K/1K)~6.519V。
[0080] 如图6所示,单片机最小系统9采用STC12C5A60S2单片机,STC12C5A60S2单片机的 硬件结构具有功能部件种类全,功能强等特点。它有1个全双工的串行口,具有四种工作方 式。其外围电路较为简单,包括外接12M无源晶振,用于指示的发光二极管。具有15个PWM12 输出端子,最多可控制15个伺服电机。
[0081] 本发明中所述传感器模块5的型号为MPU-6050,该传感器模块5整合了三轴传感器 陀螺仪和加速度计,MPU-6050的角速度全格感测范围为±250、±500、± 1000与± 2000°/ sec (dps),可准确追踪快速与慢速动作。传感器模块5安装在行走载物装置载物平台16的下 方,通过传感器模块5来检测行走载物装置的载物平台16的倾斜角度值,从而得到行走载物 装置的姿态。传输可通过最高至400kHz的I2C或最高达20MHz的SPI。它将感测到的髋关节14 和膝关节15的偏向角度信号通过12C端口传输到单片机最小系统9处理。
[0082] 本发明中所述超声波传感器6的型号为HC-SR04,可提供2cm~400cm的非接触式距 离感测功能,测距精度可达高到3mm;包括超声波发射器、接收器与控制电路。基本工作原 理:⑴采用10口TRIG触发测距,给至少10us的高电平信号;(2)模块自动发送8个40khz的方 波,自动检测是否有信号返回;(3)有信号返回,通过10口ECHO输出一个高电平,高电平持续 的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2。
[0083]由于超声波遇到障碍物时发生像光一样的反射和散射,在经过多次发射之后再回 到超声波检测端口会产生较严重的路程差,从而影响对距离的检测进而影响对障碍物的较 准确定位。本发明通过软件内部校准优化消除外部物理条件造成的误差从而达到对障碍物 的较准确定位。采用双比器整形电路,Vm为峰值电压,设VI为比较器1的门限电压,V2为比较 器2的门限电压,(其中(V2>V1,其值由实验设定),当超声波传感器6发射超声波时,最小系 统定时器tl和to同时开始计时,当比较器1翻转时,to停止计时,此时to所计的时间为tl,当 较器2翻转时,tl停止计时,此时tl所计时间为t2,显然t2>tl,t是回波前沿所对应的传播时 间,用t计算距离可减少由于反射和漫反射产生的误差。
[0084] 如图9所示,本发明中所述舵机8的型号为MG995,由空心杯电机23、金属齿轮组24、 双滚珠轴承20、传感器21和控制电路22组成,通过发送信号,指定输出轴旋转角度。舵机8的 连接线长度为30厘米,尺寸为40mm*20mm*36.5mm,重62g,无负载时舵机8速度0.17秒/60度 (4.8V)或是0.13秒/60度(6.0V),工作扭矩是13KG/cm,使用温度范围为-30至+60摄氏度,死 区设定为4微秒,工作电压为3.0V-7.2V。舵机8进行降速处理可以避免的基于Android手机 控制的行走载物装置关节运动产生的较大冲击。舵机8的可转角范围为:0~180°,可控脉宽 范围:0.5~2.5ms,则脉宽每改变0.05ms,相应的舵机8转角将改变4.5°。若行走载物装置腿 部关节需要转动27°,即脉宽需要变化0.3ms。那么将0.3ms脉宽分六次(每次延时时间为 40ms)发送给舵机8内部的控制器,在宏观上就可以实现不同速度的变化,因此可以实现舵 机8的降速。
[0085] 本发明所述的基于智能终端3控制的行走载物装置还包括与单片机最小系统9连 接的模式切换按键11和模式指示灯10,通过按下模式切换按键11来进行手动控制模式和自 动控制模式的切换。当模式指示灯10亮表示手动控制模式,当模式指示灯10灭为自动控制 模式。
[0086] 如图3所示,本发明所述的基于智能终端3控制的行走载物装置的控制方法,包括 自动控制模式和手动控制模式。
[0087]如图4所示,在自动控制模式下:
[0088] a、传感器模块5检测载物平台16的倾斜角度值T_ANGEL并传送给单片机最小系统 9,超声波传感器6探测前方是否有障碍物并传送给单片机最小系统9。
[0089] b、单片机最小系统9基于该倾斜角度值T_ANGEL控制PWM波的占空比实现对各舵机 8输出轴旋转角度的控制,从而控制髋关节14和膝关节15的摆动角度,使行走载物装置循环 执行前进动作;当超声波传感器6探测到前方有障碍物时,单片机最小系统9控制行走载物 装置执行右转(或左转)动作,绕过障碍物后再循环执行前进动作。
[0090] 具体如下;行走载物装置向前爬行一个步态,再进行超声波距离检测,然后根据超 声波所返回来的距离数据判断是否有障碍物。如果靠近障碍物距离过近,则行走载物装置 调用右转步态程序,绕过障碍物,再又向前爬行。如果没有,则继续向前爬行。
[0091] 载物物平台的倾斜角度值T_ANGEL的计算方法,利用两次获得的数据采用积分补 偿法,进行积分混合运算得出载物平台16的倾角度。
[0092] 载物物平台的倾斜角度值T_ANGEL的计算公式如下:
[0093] T_ANGEL = (G_VALUE-G_OFFSET) *Kgyro+ X D_VALUE* (1 /T);
[0094] 其中:G_VALUE为陀螺仪采集的值,G_0FFSET为陀螺仪的零偏值,Kgyro为陀螺仪的 比例值,D_VALUE为加速度计所获得的倾斜角度,T为积分时间常数;
[0095]如图5所示,在手动控制模式下:
[0096] 单片机最小系统9基于智能终端3所发送的控制指令控制PWM波的占空比实现对各 舵机8转动角度的控制,从而控制髋关节14和膝关节15的摆动角度,使行走载物装置完成该 控制指令所对应的动作,该控制指令包括前进、后退、左转、右转、启动及停止动作。具体如 下:首先用户打开手机调用蓝牙连接,使手机和单片机最小系统9连接,然后再按下手机上 的启动S1按键启动手动控制模式。之后用户根据实际环境是否有障碍物来决定行走载物装 置的前进/后退或者是左转/右转。
[0097] 如图2所示,行走载物装置的前进通过五个步态完成:
[0098] 步态1、单片机最小系统9根据PWM波的占空比控制左前腿13和右后腿17的髋关节 14向前摆动角度为0,左前腿13和右后腿17的膝关节15保持直立。
[0099] 步态2、单片机最小系统9根据PWM波的占空比控制右前腿12和左后腿18的髋关节 14向前摆动角度为0,右前腿12和左后腿18的膝关节15保持直立。
[0100] 步态3、单片机最小系统9根据PWM波的占空比控制左前腿13和右后腿17的髋关节 14和膝关节15保持直立。
[0101] 步态4、单片机最小系统9根据PWM波的占空比控制左前腿13和右后腿17的髋关节 14向前摆动角度为0,左前腿13和右后腿17的膝关节15保持直立。
[0102] 步态5、单片机最小系统9根据PWM波的占空比控制右前腿12和左后腿18的髋关节 14和膝关节15保持直立,左前腿13和右后腿17的髋关节14和膝关节15保持直立。
[0103] 行走载物装置的后退通过五个步态完成:
[0104] 步态1:单片机最小系统9根据PWM波的占空比控制左前腿13和右后腿17的髋关节 14向后摆动角度为0,左前腿13和右后腿17的膝关节15保持直立。
[0105] 步态2:单片机最小系统9根据PWM波的占空比控制右前腿12和左后腿18的髋关节 14向后摆动角度为0,右前腿12和左后腿18的膝关节15保持直立。
[0106] 步态3、单片机最小系统9根据PWM波的占空比控制左前腿13和右后腿17的髋关节 14和膝关节15保持直立。
[0107] 步态4、单片机最小系统9根据PWM波的占空比控制左前腿13和右后腿17的髋关节 14向后摆动角度为0,左前腿13和右后腿17的膝关节15保持直立。
[0108] 步态5、单片机最小系统9根据PWM波的占空比控制右前腿12和左后腿18的髋关节 14和膝关节15保持直立,左前腿13和右后腿17的髋关节14和膝关节15保持直立。
[0109]行走载物装置的左转通过四个步态完成。
[0110] 步态1、单片机最小系统9根据PWM波的占空比控制右前腿12和左后腿18的髋关节 14向前摆动角度为0,右前腿12和左后腿18的膝关节15保持直立。
[0111] 步态2、单片机最小系统9根据PWM波的占空比控制左前腿13和右后腿17的髋关节 14向前摆动角度为0,左前腿13和右后腿17的膝关节15保持直立。
[0112] 步态3、单片机最小系统9根据PWM波的占空比控制右前腿12和左后腿18的髋关节 14和膝关节15保持直立。
[0113] 步态4、单片机最小系统9根据PWM波的占空比控制左前腿13和右后腿17的髋关节 14和膝关节15保持直立。
[0114]行走载物装置的右转通过四个步态完成:
[0115] 步态1、单片机最小系统9根据PWM波的占空比控制左前腿13和右后腿17的髋关节 14向前摆动角度为0,左前腿13和右后腿17的膝关节15保持直立。
[0116] 步态2、单片机最小系统9根据PWM波的占空比控制右前腿12和左后腿18的髋关节 14向前摆动角度为0,右前腿12和左后腿18的膝关节15保持直立。
[0117] 步态3、单片机最小系统9根据PWM波的占空比控制左前腿13和右后腿17的髋关节 14和膝关节15保持直立。
[0118] 步态4、单片机最小系统9根据PWM波的占空比控制右前腿12和左后腿18的髋关节 14和膝关节15保持直立。
[0119] 在手动控制模式下,用户可根据实际需要转向的角度来增加左转或左转按键的次 数。

Claims (10)

1. 一种基于智能终端控制的行走载物装置,包括: 智能终端(3),用于发送控制指令; 载物平台(16),用于搭载物品; 四条腿,对称设置在载物平台(16)的左右两边,用于行走且支撑载物平台(16),每个所 述腿包括髋关节(14)和膝关节(15),在各髋关节(14)和各膝关节(15)上均设有舵机(8); 超声波传感器(6),该超声波传感器(6)设置在载物平台(16)的前边缘,用于探测前方 障碍物; 传感器模块(5),由加速度计和陀螺仪组成,该传感器模块(5)安装在载物平台(16)的 下方,用于检测载物平台(16)的倾斜角度值,该倾斜角度值T_ANGEL的计算公式如下: T_ANGEL= (G_VALUE-G_OFFSET) *Kgyro+Σ D_VALUE* (1/T); 其中:G_VALUE为陀螺仪采集的值,G_OFFSET为陀螺仪的零偏值,Kgyro为陀螺仪的比例 值,D_VALUE为加速度计所获得的倾斜角度,T为积分时间常数; 单片机最小系统(9),该单片机最小系统(9)分别与超声波传感器(6)、传感器模块(5) 以及各舵机⑶连接,单片机最小系统⑶基于倾斜角度值T_ANGEL控制PffM波的占空比实现 对各舵机转动角度的控制,从而控制髋关节(14)和膝关节(15)的摆动角度,使行走载物装 置循环执行前进动作;当超声波传感器(6)探测到前方有障碍物时,单片机最小系统(9)控 制行走载物装置执行右转或左转动作,绕过障碍物后再循环执行前进动作; 单片机最小系统(9)还与智能终端(3)进行无线通信,单片机最小系统(9)基于智能终 端⑶所发送的控制指令控制PWM波的占空比实现对各舵机输出轴旋转角度的控制,从而控 制髋关节(14)和膝关节(15)的摆动角度,使行走载物装置完成该控制指令所对应的动作, 该控制指令包括前进、后退、左转、右转、启动及停止动作; 无线通信模块(4),该无线通信模块⑷与单片机最小系统(9)连接,用于实现单片机最 小系统⑶与智能终端⑶的无线通信; 电源模块(1),该电源模块(1)经5V稳压模块(2)稳压后为单片机最小系统(9)、无线通 信模块(4)、超声波传感器(6)、传感器模块⑶供电,电源模块⑴还经6V稳压模块⑵稳压 后为各舵机⑶供电。
2. 根据权利要求1所述的基于智能终端控制的行走载物装置,其特征在于:在每条腿的 足底均设有橡胶(19)。
3. 根据权利要求1或2所述的基于智能终端控制的行走载物装置,其特征在于:所述单 片机最小系统⑶采用的控制芯片为STC12C5A60S2。
4. 根据权利要求1或2所述的基于智能终端控制的行走载物装置,其特征在于:所述舵 机⑶的型号为MG995。
5. 根据权利要求1或2所述的基于智能终端控制的行走载物装置,其特征在于:所述超 声波传感器(6)的型号为HC-SR04。
6. 根据权利要求1或2所述的基于智能终端控制的行走载物装置,其特征在于:所述传 感器模块⑶的型号为MPU-6050。
7. 根据权利要求1或2所述的基于智能终端控制的行走载物装置,其特征在于:所述智 能终端⑶为Android手机,在Android手机上设置有六个指令键,其中:"S1"表示启动,"S2" 表示停止,"S3"表示前进,"S4"表示后退,"S5"表示左转,"S6"表示右转;Android手机通过 这六个指令键来发送控制指令给单片机最小系统(9)。
8. 根据权利要求1或2所述的基于智能终端控制的行走载物装置,其特征在于:还包括 与单片机最小系统(9)连接的模式切换按键(11)和模式指示灯(10)。
9. 一种如权利要求1至8任一所述的基于智能终端控制的行走载物装置的控制方法,其 特征在于:包括自动控制模式和手动控制模式; 在自动控制模式下: a、 传感器模块⑶检测载物平台(16)的倾斜角度值T_ANGEL并传送给单片机最小系统 (9),超声波传感器(6)探测前方是否有障碍物并传送给单片机最小系统(9); 所述倾斜角度值T_ANGEL的计算公式如下: T_ANGEL= (G_VALUE-G_OFFSET) *Kgyro+Σ D_VALUE* (1/T); 其中:G_VALUE为陀螺仪采集的值,G_OFFSET为陀螺仪的零偏值,Kgyro为陀螺仪的比例 值,D_VALUE为加速度计所获得的倾斜角度,T为积分时间常数; b、 单片机最小系统⑶基于该倾斜角度值T_ANGEL控制HVM波的占空比实现对各舵机转 动角度的控制,从而控制髋关节(14)和膝关节(15)的摆动角度,使行走载物装置循环执行 前进动作;当超声波传感器(6)探测到前方有障碍物时,单片机最小系统(9)控制行走载物 装置执行右转或左转动作,绕过障碍物后再循环执行前进动作; 在手动控制模式下: 单片机最小系统(9)基于智能终端(3)所发送的控制指令控制PffM波的占空比实现对各 舵机输出轴旋转角度的控制,从而控制髋关节(14)和膝关节(15)的摆动角度,使行走载物 装置完成该控制指令所对应的动作,该控制指令包括前进、后退、左转、右转、启动及停止动 作。
10. 根据权利要求9所述的基于智能终端控制的行走载物装置的控制方法,其特征在 于:行走载物装置的前进通过五个步态完成: 步态1、单片机最小系统⑶控制左前腿(13)和右后腿(17)的髋关节(14)向前摆动角度 为Θ,左如腿(13)和右后腿(17)的膝关节(15)保持肓、V.; 步态2、单片机最小系统⑶控制右前腿(12)和左后腿(18)的髋关节(14)向前摆动角度 为Θ,右如腿(12)和左后腿(18)的膝关节(15)保持肓、V.; 步态3、单片机最小系统(9)控制左前腿(13)和右后腿(17)的髋关节(14)和膝关节(15) 保持直立; 步态4、单片机最小系统⑶控制左前腿(13)和右后腿(17)的髋关节(14)向前摆动角度 为Θ,左如腿(13)和右后腿(17)的膝关节(15)保持肓、V.; 步态5、单片机最小系统(9)控制右前腿(12)和左后腿(18)的髋关节(14)和膝关节(15) 保持直立,左前腿(13)和右后腿(17)的髋关节(14)和膝关节(15)保持直立; 行走载物装置的后退通过五个步态完成: 步态1:单片机最小系统⑶控制左前腿(13)和右后腿(17)的髋关节(14)向后摆动角度 为Θ,左如腿(13)和右后腿(17)的膝关节(15)保持肓、V.; 步态2:单片机最小系统⑶控制右前腿(12)和左后腿(18)的髋关节(14)向后摆动角度 为Θ,右如腿(12)和左后腿(18)的膝关节(15)保持肓、V.; 步态3、单片机最小系统(9)控制左前腿(13)和右后腿(17)的髋关节(14)和膝关节(15) 保持直立; 步态4、单片机最小系统⑶控制左前腿(13)和右后腿(17)的髋关节(14)向后摆动角度 为Θ,左如腿(13)和右后腿(17)的膝关节(15)保持肓、V.; 步态5、单片机最小系统(9)控制右前腿(12)和左后腿(18)的髋关节(14)和膝关节(15) 保持直立,左前腿(13)和右后腿(17)的髋关节(14)和膝关节(15)保持直立; 行走载物装置的左转通过四个步态完成: 步态1、单片机最小系统⑶控制右前腿(12)和左后腿(18)的髋关节(14)向前摆动角度 为Θ,右如腿(12)和左后腿(18)的膝关节(15)保持肓、V.; 步态2、单片机最小系统⑶控制左前腿(13)和右后腿(17)的髋关节(14)向前摆动角度 为Θ,左如腿(13)和右后腿(17)的膝关节(15)保持肓、V.; 步态3、单片机最小系统(9)控制右前腿(12)和左后腿(18)的髋关节(14)和膝关节(15) 保持直立; 步态4、单片机最小系统(9)控制左前腿(13)和右后腿(17)的髋关节(14)和膝关节(15) 保持直立; 行走载物装置的右转通过四个步态完成: 步态1、单片机最小系统⑶控制左前腿(13)和右后腿(17)的髋关节(14)向前摆动角度 为Θ,左如腿(13)和右后腿(17)的膝关节(15)保持肓、V.; 步态2、单片机最小系统⑶控制右前腿(12)和左后腿(18)的髋关节(14)向前摆动角度 为Θ,右如腿(12)和左后腿(18)的膝关节(15)保持肓、V.; 步态3、单片机最小系统(9)控制左前腿(13)和右后腿(17)的髋关节(14)和膝关节(15) 保持直立; 步态4、单片机最小系统(9)控制右前腿(12)和左后腿(18)的髋关节(14)和膝关节(15) 保持直立。
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