CN105292290A - 一种仿生尺蠖机器人运动和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种仿生尺蠖机器人运动及控制方法，运动部分通过机械结构设计实现，其特征在于：机身分为上下两个部分，上部分包括躯干、连杆、连接轴等，由行动电机控制；下部分为底座，由旋转电机控制，两部分通过变种连杆相连，结构设计独特，有前后两段相互联系的主体，运动体的姿态呈现周期性的变化。头部和尾部分别起着推进的作用，而躯干底座部分则起着支撑的作用，辅助规律性交替；控制部分通过SPACE061A单片机实现，其特征在于：通过编制的程序和设计的电路，可实现仿生智能尺蠖机器人直线行走(前进、后退)或360°任意转向(左转、右转)；同时，通过特定人语音训练，可实现语音对机器人运动动作的控制。

Description

一种仿生尺蠖机器人运动和控制方法

技术领域

本发明涉及机器人仿生领域，尤其涉及一种仿生尺蠖机器人运动和控制的方法。

背景技术

随着能源和勘探行业的发展，开展对未知区域的探索工作，受到人们越来越多的重视。传统轮式勘探设备受现场环境影响较大，且其性能受限于电机和电源，所以轮式勘探设备在高低不平、泥泞的环境里不能发挥其速度快的优势。仿生爬行机器人与传统轮式驱动机器人不同，采用类似生物爬行机构进行运动。这种运动方式与接触面具有更大的附着力和更好的越过障碍能力。

但是这类机器人在运动机构、控制、驱动等方面特殊要求，使得实际制作出来的仿生爬行机器人一般很难达到预先的设计要求，一些潜在的优越性能亦得不到充分体现。鉴于以上现状我们采用仿尺蠖蠕动式爬行机理设计并实现一种仿生尺蠖机器人的运动和控制。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种实现仿生尺蠖机器人运动和控制的方法。

尺蠖蠕动式爬行机理：尺蠖属于无脊椎动物，身体细长，行动时一屈一伸似拱桥，休息时，身体能斜向伸直如枝状。尺蠖的运动方式是一种蠕动爬行，蠕动是一种周期性的动作，蠕动体的姿态呈现某种规律性的变化。尺蠖在运动时，无论收或放都只朝一个方向，这种现象称为尺蠖效应。尺蠖蠕动式爬行相对其他爬行方式具有很多优点：可实现在规则形状任意长的管道内提升重物，或其它任意方向传送重物，相较同功能的其它机构，能获得更大的锁紧力，从而可传送较重的物体，结构简单紧凑、运行平稳，控制简便，还可以根据使用要求，作各种变形设计，具有较高的技术经济效果。

仿生尺蠖机器人的运动以机械设计来实现。机械部分以尺蠖爬行机理为基准进行设计，整体分为上下两部分，上面部分是机器人主干，包括：躯干、连杆、基板等；下面部分是底座。这两部分通过变种连杆连接，不仅可以实现直线运动亦可以实现360°任意转向。结构设计独特，有前后两段相互联系的主体，运动体的姿态呈现周期性的变化。头部和尾部分别起着推进的作用，而躯干底座部分则起着支撑的作用，辅助规律性交替。考虑到电机扭矩有限，仿生尺蠖机器人的主体机构采用硬塑料材料制作，不仅小巧轻便，具有一定韧度和承重能力，而且加工简单，降低成本。同时为了防止机器人的连接轴在运动过程产生松动，连接轴采用双层设计。内轴采用质地较软的铝制管，外轴采用不锈钢管。

仿生尺蠖机器人采用双电机控制：一个电机控制机器人主干支撑的执行方式，另一个电机控制底座支撑的旋转方式。硬件部分采用凌阳16位SPACE061A单片机，在单片机与电机之间加入驱动电路从而实现单片机对两个直流电机的控制。通过程序的设定，以实现两电机之间的运动配合，从而使机器人做出不同的动作。

本发明采用特定发音人识别的方法，通过语音训练可实现对机器人运动的控制。

附图说明

图1本发明机构原理示意图。

图2本发明整体硬件结构示意图。

图3本发明结构设计示意图。

图4本发明实物图。

具体实施方式

如图所示，对本发明作进一步说明。

实施例1

本发明主要提供一种新型仿生智能尺蠖机器人运动和控制系统，主要包括：机器人本体、控制系统1、驱动电路2、无线接收模块3、供电系统4、行动电机5、旋转电机6组成，供电系统包括5V控制电源和12V驱动电源，无线接收模块包括遥控系统和语音控制系统。机器人机构原理示意图如图1、3所示，具有15个低副，机器人结构包括的躯干7、底座8，两部分通过连杆10相连，12根躯干由6根连接轴9依此连接，固定在两块基板11上，构成仿生智能尺蠖机器人的主干部分，由行动电机5控制；底座由旋转电机6控制。机器人的主体机构采用硬塑料材料制作，不仅小巧轻便，具有一定韧度和承重能力；连接轴采用双层设计，内轴采用质地较软的铝制管，外轴采用不锈钢管，以防止在运动过程中产生松动。

进一步的，本发明控制系统采用16位凌阳SPCE061A单片机，由紧固螺丝固定在基板上。遥控系统采用6路非锁存输出的接收模块和大功率六键遥控器(编码芯片为SC2262、PT2262或PT2264)，工作频率315M，传输理论距离千米。接收模块六路输出，高电平电压约为5V，与单片对接，或加一级放大驱动继电器或小型直流设备。

进一步的，为实现仿生尺蠖机器人的动作，需要单片机向相应的I/O端口发出信号。单片机的I/OB10～13端口作为控制端，实时获取外部硬件的状态信号，根据这些信号向对应电机驱动芯片的对应管脚发送电平信号，如前进、后退、左转、右转等，通过行动电机与旋转电机的配合来实现仿生尺蠖机器人的不同动作。

实施例2

本发明采用的无线传输模块包含控制器和语音训练系统，不仅可以远距离控制，还可以通过特定人语音训练实现机器人不同动作。

进一步的，SPCE061A单片机内置硬件乘法器和内积运算以及语音识别函数库来实现语音识别功能，包含特定人的语音训练、识别，语音特征模型的导入、导出函数等。机器人语音核心控制采用SPCE061A(SUNPLUSunSP)，外部时钟为32768Hz，内部倍频最高可至49MHz。通过购置的音频模组采集外部语音信号，并校验信息特征，处理分析后给以信号反馈，并通过32位IO口，8路10位ADC，2路10位DAC控制检测机器人实现不同动作功能。同时设置睡眠功能，使机器人无信号时处于休眠模式，减少设备的用电量，增强机器人的独立续航能力。在训练过程中，每条语音命令的长度不可以超过1.3秒。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明范围进行界定，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种仿生尺蠖机器人运动及控制方法，其特征在于：包括由连接轴(3)依次连接的躯干(1)、底座(2)、连杆(4)等机械结构及以SPACE061A单片机作为控制核心，通过编制的程序及电路，同时驱动行动电机和旋转电机，通过两电机的配合完成机器人直线运动或360°任意转向。

2.根据权利要求1所述仿生尺蠖机器人运动机理，其特征在于：所述仿生机器人模拟尺蠖蠕动式爬行机理实现运动。

3.根据权利要求1所述仿生尺蠖机器人，其特征在于：所述机器人有上下两部分构成，上部分是主干，由硬塑料制成的躯干通过采用双层设计的连接轴相连；下部分是底座。两部分由连杆连接。

4.根据权利要求1所述仿生尺蠖机器人控制方法，其特征在于：所述仿生尺蠖机器人选用SPACE061A单片机作为控制芯片，根据获取硬件的状态信号，向对应电机驱动芯片的对应管脚发送电平信号，来实现仿生智能尺蠖机器人的不同动作。

5.根据权利要求1和4所述仿生尺蠖机器人，其特征在于：所述智能机器人选用自带有语音训练模式的SPACE061A单片机，可以通过特定人语音训练，来实现对机器人运动动作的控制。