CN111301556A - 远程控制的多功能四足机器人及操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了远程控制的多功能四足机器人及操作方法，它包括机器人机体和设置在机器人机体内部的智能控制系统，所述机器人机体的上侧面上固定连接有储物筐，所述储物筐位于机械臂的后方，用于存放运载物品；所述机械臂与机器人机体顶面前端固定连接，并用于拾取储物筐内部的物品；包括摄像头，所述摄像头具有摄像功能，与机器人机体底面前端固定连接，并通过内置导线与智能控制系统连接；包括无刷电机，所述无刷电机位于机器人机体前后面左右两侧，用于连接所述机器人机体以及机器人腿部。可以人为通过遥控装置控制机器人进行物品运输，外出购物以及在疫区，矿洞，地震坍塌废墟等不方便人工进行勘察的地区进行远距离观察以及数据采集。

Description

远程控制的多功能四足机器人及操作方法

技术领域

本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种基于仿生设计的远程控制的多功能四足机器人。

背景技术

随着人类对自然界的认识的加深，基于动物结构的各种智能仿生器械被开发出来，现在市场上大多机器人是轮子车型机器人，车类机器人在相对平滑的地面

上运动行驶还是比较稳定的，但一遇到崎岖的路面，比如台阶，小坡，石子路就会不稳定或者翻车；采用四足机器人可以有效的防止这些的发生，四足机器人由于内部具有惯性导航传感器，通过逻辑算法可以进行实时的自我矫正，不怕摔倒不怕上台阶，因此在社区内穿梭的四足机器人优势很大。

发明内容

本发明的目的在于：随着社会的进步，人们想利用科技的便利来使自己获得更多的时间去享受生活，例如生活所产生的垃圾不想亲自去仍那么可以通过操控机器人实现扔垃圾。当下全国疫情严峻，社会要求尽量不要外出，那么要想在家做饭必须有食材，可以通过操控机器人到达菜市场或者商店，并且通过机器人携带的远程对讲系统与店主进行沟通与结账或是地下矿洞，辐射区，灾区坍塌地带的救援，无人区都可以远程操控机器人达到巡逻，采集数据的目的。本发明就是针对这些问题，而提出的一种远程控制的多功能四足机器人。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：远程控制的多功能四足机器人，它包括机器人机体和设置在机器人机体内部的智能控制系统，所述机器人机体的上侧面上固定连接有储物筐，所述储物筐位于机械臂的后方，用于存放运载物品；所述机械臂与机器人机体顶面前端固定连接，并用于拾取储物筐内部的物品；

包括摄像头，所述摄像头具有摄像功能，与机器人机体底面前端固定连接，并通过内置导线与智能控制系统连接；

包括无刷电机，所述无刷电机位于机器人机体前后面左右两侧，用于连接所述机器人机体以及机器人腿部。

所述智能控制系统包括用于对机器人机体进行运动控制的微处理器，所述微处理器包括单片机、4G对讲模块、可充电电源和无刷电机控制器，用于接收来自遥控端的指令，并在通过整合处理后将控制信号传递给无刷电机以及机械臂舵机。

所述机器人机体的机体是由上背板和侧板围成中空的八面体结构，在其内部设置有电机固定槽，所述无刷电机固定安装在电机固定槽内部，所述无刷电机的电机轴上通过销钉与电机卡盘的小端同心相连，所述电机卡盘的大端固定与肩部两连接之间，并使其能够沿着z轴方向自由转动以完成侧摆运动。

所述机器人腿部采用双摇杆机构，与无刷电机侧面固定连接，在无刷电机的带动下模拟四足生物进行前进，后腿，跳跃运动。

所述机器人腿部包括上连接杆、中连接杆、下连接杆、胯、大腿、小腿、第一法兰盘和第二法兰盘，所述胯前端为半圆面，并与无刷电机的侧圆面固定相连，以随无刷电机的转动而被带动；所述胯的后端与大腿上端紧固连接，大腿上端与胯后端紧固连接，下端与下连接杆下端内凸起圆环面同轴连接，所述第一法兰盘与无刷电机同轴，且固定于无刷电机侧面圆上，上连接杆前端为一圆面，与法兰盘一同轴固定连接，后端同过销钉与中连接杆前端连接，中连接杆前端与上连接杆连接，后端通过销钉与下连接杆前端连接，所述下连接杆前端与中连接杆通过销钉连接，所述下连接杆下端为一带内凸起圆环面的外圆环面，所述外圆环面与第二法兰盘内侧面同轴固定连接，内凸起圆环面与大腿下侧固定连接，小腿上端与第二法兰盘外侧面固定连接，下端与足端固定连接。

所述机器人腿部的末端设置有机器人足端，所述机器人足端的内部嵌有医疗检测传感器以及压力传感器，用于观测老年人或病人的体温，心率，血压医疗参数，并将根据地形起伏而产生的压力信号反馈给智能控制系统。

所述机械臂采用五自由度机械臂，并由舵机控制运动，与所述智能控制系统相连，实现远程人机交互，用于抓取物品。

所述远程控制的多功能四足机器人的操作方法，它包括以下步骤：

步骤1：固定于机器人机体下端前侧的摄像头拍摄图像，操作者根据拍摄的图片实时查看路况，以便供远程操控机器人；

步骤2：通过4G对讲模块的对讲系统与商家或者陌生人进行交流与支付；

步骤3：操作者远程操作机器人行走是首先操控客户端方向杆，该操控杆反馈的信号通过4G对讲模块发送到机器人端内部的单片机，其内部将指令转化成电信号并进行信号整合处理，单片机将信号处理后分别输出到四块无刷电机，四块无刷电机经控制后通过程序算法计算的步态库模板各自进行转动，通过一种生物节律的方式使得四条腿均匀稳定的移动，四条机器人腿部均为双摇杆机构，在各自无刷电机的控制下模拟四足生物产生运动，使得这个机器人进行前进，后退，跳跃动作；

步骤4：与机器人腿部连接的足端带有压力传感器，微型医疗观测传感器的敏感装置，通过与地面的直接接触，根据地形起伏产生不同的压力信号，并通过导线将信号传递到控制系统进行反馈处理，以帮助机器人更加平稳的运动；

步骤5：机械臂为五自由度结构，远程控制端在将操作指令发送到4G对讲模块后进控制系统的信号处理将控制信号发送到单片机内部逻辑处理以控制机械臂进行抓取动作，并将抓取物品放于储物筐或将物品从储物筐取出，以达到远程运输物品的功能。

本发明有如下有益效果：

1、通过操控机器人到达菜市场或者商店，并且通过机器人携带的远程对讲系统与店主进行沟通与结账或是地下矿洞，辐射区，灾区坍塌地带的救援，无人区都可以远程操控机器人达到巡逻，采集数据的目的。

2、本发明中，通过机器人机体、储物筐、无刷电机、摄像头、机械臂、机器人腿部，机器人足端以及控制系统之间的互相配合，可以远程控制机器人进行勘察，运输等功能，且仿生结构可以让机器人适应多种地形。

3、本发明中，通过设置无刷电机连接机器人机体和腿部，无刷电机控制腿部进行行走，机器人腿部为双摇杆结构，由上连接杆，中连接杆，下连接杆，胯，大腿，小腿，法兰盘一以及法兰盘二连接构成，上连接杆通过法兰盘一与无刷电机侧面同轴连接，胯前端与无刷电机侧圆面固定连接，无刷电机转动带动胯和上连接杆，进而带动整个腿部运动，经STM32单片机输出的运动期望指令控制，在无刷电机的带动下模拟四足生物进行前进，后腿，跳跃等运动。

4、本发明中，所述机体由上背板，侧板与电机固定槽围成得中空类空间八面体构成，特别的两个无刷电机，安装并由销钉固定于电机固定槽内部，电机卡盘较小一端与电机固定槽内部的电机轴同圆心用销钉装配，电机卡盘较大一端固定于肩部两电机之间，使其可沿着z方向自由度转动以完成测摆运动。摄像头通过固定连接装置与机器人下底面固定连接，通过摄像头将拍摄画面传递到远程遥控系统上，方便使用者进行遥控和避障。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明的剖面结构示意图。

图2为本发明的侧视结构示意图。

图3为本发明的俯视图。

图4为本发明的机械臂结构局部放大示意图。

图5为本发明的足端结构局部放大示意图。

图6为本发明的机身结构图。

图7为本发明的机器人腿部结构图。

图8为本发明的智能控制系统的示意图。

图中：机器人机体1、储物筐2、机械臂3、无刷电机4、机器人腿部5、机器人足端6、摄像头7；

背板101、电机固定槽102、电机卡盘103、侧板104；

上连接杆501、中连接杆502、下连接杆503、胯504、大腿505、小腿506、第一法兰盘507、第二法兰盘508；

压力传感器601、医疗检测传感器602、智能控制系统11。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

参见图1-8，远程控制的多功能四足机器人，它包括机器人机体1和设置在机器人机体1内部的智能控制系统11，所述机器人机体1的上侧面上固定连接有储物筐2，所述储物筐2位于机械臂3的后方，用于存放运载物品；所述机械臂3与机器人机体1顶面前端固定连接，并用于拾取储物筐2内部的物品；包括摄像头7，所述摄像头7具有摄像功能，与机器人机体1底面前端固定连接，并通过内置导线与智能控制系统11连接；包括无刷电机4，所述无刷电机4位于机器人机体1前后面左右两侧，用于连接所述机器人机体1以及机器人腿部5。通过采用上述结构的四足机器人其能够适应复杂地形，其可以通过操控机器人到达菜市场或者商店，并且通过机器人携带的远程对讲系统与店主进行沟通与结账或是地下矿洞，辐射区，灾区坍塌地带的救援，无人区都可以远程操控机器人达到巡逻，采集数据的目的。

进一步的，所述智能控制系统11包括用于对机器人机体1进行运动控制的微处理器，所述微处理器包括STM32单片机、4G对讲模块、可充电电源、线路和BASECAM 无刷电机控制器，用于接收来自遥控端的指令，并在通过整合处理后将控制信号传递给无刷电机以及机械臂舵机。

进一步的，所述机器人机体1的机体是由上背板101和侧板104围成中空的八面体结构，在其内部设置有电机固定槽102，所述无刷电机4固定安装在电机固定槽102内部，所述无刷电机4的电机轴上通过销钉与电机卡盘103的小端同心相连，所述电机卡盘103的大端固定与肩部两连接之间，并使其能够沿着z轴方向自由转动以完成侧摆运动。

进一步的，所述机器人腿部5采用双摇杆机构，与无刷电机侧面固定连接，在无刷电机的带动下模拟四足生物进行前进，后腿，跳跃运动。进而实现机器人的行走动作。

进一步的，所述机器人腿部5包括上连接杆501、中连接杆502、下连接杆503、胯504、大腿505、小腿506、第一法兰盘507和第二法兰盘508，所述胯504前端为半圆面，并与无刷电机4的侧圆面固定相连，以随无刷电机4的转动而被带动；所述胯504的后端与大腿505上端紧固连接，大腿505上端与胯后端紧固连接，下端与下连接杆503下端内凸起圆环面同轴连接，所述第一法兰盘507与无刷电机同轴，且固定于无刷电机4侧面圆上，上连接杆501前端为一圆面，与法兰盘一507同轴固定连接，后端同过销钉与中连接杆502前端连接，中连接杆502前端与上连接杆501连接，后端通过销钉与下连接杆503前端连接，所述下连接杆503前端与中连接杆502通过销钉连接，所述下连接杆503下端为一带内凸起圆环面的外圆环面，所述外圆环面与第二法兰盘508内侧面同轴固定连接，内凸起圆环面与大腿505下侧固定连接，小腿506上端与第二法兰盘508外侧面固定连接，下端与足端6固定连接。

进一步的，所述机器人腿部5的末端设置有机器人足端6，所述机器人足端6的内部嵌有医疗检测传感器602以及压力传感器601，用于观测老年人或病人的体温，心率，血压医疗参数，并将根据地形起伏而产生的压力信号反馈给智能控制系统11。

进一步的，所述机械臂3采用五自由度机械臂，并由舵机控制运动，与所述智能控制系统11相连，实现远程人机交互，用于抓取物品。

进一步的，所述控制系统与机体以及机械臂连接，通过机器人运动学，动力学以及强化学习的一些重要算法实现。

实施例2：

所述远程控制的多功能四足机器人的操作方法，它包括以下步骤：

步骤1：固定于机器人机体1下端前侧的摄像头7拍摄图像，操作者根据拍摄的图片实时查看路况，以便供远程操控机器人；

步骤2：通过4G对讲模块的对讲系统与商家或者陌生人进行交流与支付；

步骤3：操作者远程操作机器人行走是首先操控客户端方向杆，该操控杆反馈的信号通过4G对讲模块发送到机器人端内部的单片机，其内部将指令转化成电信号并进行信号整合处理，单片机将信号处理后分别输出到四块无刷电机，四块无刷电机经控制后通过程序算法计算的步态库模板各自进行转动，通过一种生物节律的方式使得四条腿均匀稳定的移动，四条机器人腿部均为双摇杆机构，在各自无刷电机的控制下模拟四足生物产生运动，使得这个机器人进行前进，后退，跳跃动作；

步骤4：与机器人腿部连接的足端带有压力传感器601，微型医疗观测传感器的敏感装置，通过与地面的直接接触，根据地形起伏产生不同的压力信号，并通过导线将信号传递到控制系统进行反馈处理，以帮助机器人更加平稳的运动；

步骤5：机械臂3为五自由度结构，远程控制端在将操作指令发送到4G对讲模块后进控制系统的信号处理将控制信号发送到单片机内部逻辑处理以控制机械臂进行抓取动作，并将抓取物品放于储物筐或将物品从储物筐取出，以达到远程运输物品的功能。

实施例3：

所述远程控制的多功能四足机器人控制系统的操作方法，它包括以下步骤：

步骤1：摄像头7与4G对讲模块主要负责信息交互以及环境识别，采集周围图像语音等信息，并反馈到操作端；

步骤2；4G对讲模块再接收到操作端发出的操作指令，将其转化为电信号后传送给STM32单片机，STM32单片机通过智能算法将所收到信号整合处理，生成具体运动期望指令，再通过BASECAM 无刷电机控制器将指令发送给无刷电机4以及机械臂舵机；

步骤3：无刷电机4为运动中枢，根据收到运动期望指令带动腿部5运动，腿部5为双摇杆机构，再无刷电机4带动下运动，与腿部5相连的足端6内带压力传感器，负责运动校正以及信息反馈，通过将压力信号反馈到STM32单片机辅助机器人平稳运动。

Claims (8)

1.远程控制的多功能四足机器人，它包括机器人机体（1）和设置在机器人机体（1）内部的智能控制系统（11），其特征在于：所述机器人机体（1）的上侧面上固定连接有储物筐（2），所述储物筐（2）位于机械臂（3）的后方，用于存放运载物品；所述机械臂（3）与机器人机体（1）顶面前端固定连接，并用于拾取储物筐（2）内部的物品；

包括摄像头（7），所述摄像头（7）具有摄像功能，与机器人机体（1）底面前端固定连接，并通过内置导线与智能控制系统（11）连接；

包括无刷电机（4），所述无刷电机（4）位于机器人机体（1）前后面左右两侧，用于连接所述机器人机体（1）以及机器人腿部（5）。

2.根据权利要求1所述远程控制的多功能四足机器人，其特征在于：所述智能控制系统（11）包括用于对机器人机体（1）进行运动控制的微处理器，所述微处理器包括单片机、4G对讲模块、可充电电源和无刷电机控制器，用于接收来自遥控端的指令，并在通过整合处理后将控制信号传递给无刷电机以及机械臂舵机。

3.根据权利要求1所述远程控制的多功能四足机器人，其特征在于：所述机器人机体（1）的机体是由上背板（101）和侧板（104）围成中空的八面体结构，在其内部设置有电机固定槽（102），所述无刷电机（4）固定安装在电机固定槽（102）内部，所述无刷电机（4）的电机轴上通过销钉与电机卡盘（103）的小端同心相连，所述电机卡盘（103）的大端固定与肩部两连接之间，并使其能够沿着z轴方向自由转动以完成侧摆运动。

4.根据权利要求1所述远程控制的多功能四足机器人，其特征在于：所述机器人腿部（5）采用双摇杆机构，与无刷电机侧面固定连接，在无刷电机的带动下模拟四足生物进行前进，后腿，跳跃运动。

5.根据权利要求4所述远程控制的多功能四足机器人，其特征在于：所述机器人腿部（5）包括上连接杆（501）、中连接杆（502）、下连接杆（503）、胯（504）、大腿（505）、小腿（506）、第一法兰盘（507）和第二法兰盘（508），所述胯（504）前端为半圆面，并与无刷电机（4）的侧圆面固定相连，以随无刷电机（4）的转动而被带动；所述胯（504）的后端与大腿（505）上端紧固连接，大腿（505）上端与胯后端紧固连接，下端与下连接杆（503）下端内凸起圆环面同轴连接，所述第一法兰盘（507）与无刷电机同轴，且固定于无刷电机（4）侧面圆上，上连接杆（501）前端为一圆面，与法兰盘一（507）同轴固定连接，后端同过销钉与中连接杆（502）前端连接，中连接杆（502）前端与上连接杆（501）连接，后端通过销钉与下连接杆（503）前端连接，所述下连接杆（503）前端与中连接杆（502）通过销钉连接，所述下连接杆（503）下端为一带内凸起圆环面的外圆环面，所述外圆环面与第二法兰盘（508）内侧面同轴固定连接，内凸起圆环面与大腿（505）下侧固定连接，小腿（506）上端与第二法兰盘（508）外侧面固定连接，下端与足端（6）固定连接。

6.根据权利要求1所述远程控制的多功能四足机器人，其特征在于：所述机器人腿部（5）的末端设置有机器人足端（6），所述机器人足端（6）的内部嵌有医疗检测传感器（602）以及压力传感器（601），用于观测老年人或病人的体温，心率，血压医疗参数，并将根据地形起伏而产生的压力信号反馈给智能控制系统（11）。

7.根据权利要求1所述远程控制的多功能四足机器人，其特征在于：所述机械臂（3）采用五自由度机械臂，并由舵机控制运动，与所述智能控制系统（11）相连，实现远程人机交互，用于抓取物品。

8.权利要求1-7任意一项所述远程控制的多功能四足机器人的操作方法，其特征在于它包括以下步骤：

步骤1：固定于机器人机体（1）下端前侧的摄像头（7）拍摄图像，操作者根据拍摄的图片实时查看路况，以便供远程操控机器人；

步骤2：通过4G对讲模块的对讲系统与商家或者陌生人进行交流与支付；

步骤3：操作者远程操作机器人行走是首先操控客户端方向杆，该操控杆反馈的信号通过4G对讲模块发送到机器人端内部的单片机，其内部将指令转化成电信号并进行信号整合处理，单片机将信号处理后分别输出到四块无刷电机，四块无刷电机经控制后通过程序算法计算的步态库模板各自进行转动，通过一种生物节律的方式使得四条腿均匀稳定的移动，四条机器人腿部均为双摇杆机构，在各自无刷电机的控制下模拟四足生物产生运动，使得这个机器人进行前进，后退，跳跃动作；

步骤4：与机器人腿部连接的足端带有压力传感器（601），微型医疗观测传感器的敏感装置，通过与地面的直接接触，根据地形起伏产生不同的压力信号，并通过导线将信号传递到控制系统进行反馈处理，以帮助机器人更加平稳的运动；

步骤5：机械臂（3）为五自由度结构，远程控制端在将操作指令发送到4G对讲模块后进控制系统的信号处理将控制信号发送到单片机内部逻辑处理以控制机械臂进行抓取动作，并将抓取物品放于储物筐或将物品从储物筐取出，以达到远程运输物品的功能。

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