CN112526996A - 基于Arduino的步行式机器人及其控制方法 - Google Patents

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CN112526996A CN202011395005.0A CN202011395005A CN112526996A CN 112526996 A CN112526996 A CN 112526996A CN 202011395005 A CN202011395005 A CN 202011395005A CN 112526996 A CN112526996 A CN 112526996A
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赵若楠
邵雪卷
韩涛
曹瑞
张弛
梁晓军
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Abstract

本发明公开了一种基于Arduino的步行式机器人，包括：串联腿部模块，由至少两段腿部肢节铰接而成，用于支撑和完成行走动作；舵机模块，安装于串联腿部模块铰接点，分别用于驱动各个腿部肢节独立转动；超声波模块，用于探测机器人周围障碍物；中央控制模块，用于控制舵机模块和超声波模块；电源模块，与中央控制模块联通并为超声波模块和舵机模块供电。本发明通过中央控制模块控制串联腿部模块铰接点处的舵机模块，实现多足机器人腿部的运动，带动机器人移动，配合超声波模块的实现在各种地形和环境下的位移，并通过舵机动作角度的计算和输出，配合足端的摆线运动轨迹，实现串联腿部模块的运动，完全模拟生物关节的拟真动作，提高机器人行走的稳定性。

Description

基于Arduino的步行式机器人及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种基于Arduino的步行式机器人及其控制方法，属于机器人技术领域。
背景技术
对机器人的研究已经越来越受社会的重视，近年来，人工智能快速发展，又加快了人们对机器人功能的开发。移动机器人一直都是该领域研究的热潮，自主规划路径的小车、自主完成任务的无人机还有自主搬运货物的移动机器人早已广泛应用于生活、生产中。
对于平坦的地形，这些自主移动的机器人可以轻松、快捷、平稳的完成任务，但是，对于复杂地形的移动，轮式机器人难以行进，不能很好的执行编辑的任务，亟需一种拟步行走的机器人完成智能任务。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于Arduino的步行式机器人及其控制方法，该机器人及其控制方法解决了现有技术中轮式机器人面对复杂的地形和环境，行进困难、适用性差的问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于Arduino的步行式机器人，包括：
串联腿部模块，由至少两段腿部肢节铰接而成，用于支撑和完成行走动作；
舵机模块，安装于串联腿部模块铰接点，分别用于驱动各个腿部肢节独立转动；
超声波模块，用于探测机器人周围障碍物；
中央控制模块，用于控制舵机模块和超声波模块；
电源模块，与中央控制模块联通并为超声波模块和舵机模块供电。
上述技术方案中进一步改进的方案如下：
1.上述方案中，所述串联腿部模块由一段上部腿部肢节和一段下部腿部肢节铰接而成，每个腿部肢节上具有一个用于驱动其转动的舵机模块。
2.上述方案中，所述串联腿部模块为四个。
为达到上述目的，本发明还提供了一种基于Arduino的步行式机器人的控制方法，包括以下步骤：
设置足端坐标(x，y)，测量得到I1为下部腿部肢节长度，测量得到I2为上部腿部肢节长度，将下部腿部肢节的足端放于坐标系原点，原点至上部腿部肢节顶点的长度为：
Figure BDA0002814501370000021
其中x和y分别为上部(小腿)腿部肢节顶点于坐标系中的数值，中央控制模块(4)即可算出上部(小腿)腿部肢节角度为：
Figure BDA0002814501370000022
采用余弦定理算出原点至上部腿部肢节顶点连线与下部腿部肢节夹角为：
Figure BDA0002814501370000023
根据三角函数定理，中央控制模块即可算出上部腿部肢节角度为：
Figure BDA0002814501370000024
根据下部腿部肢节和上部腿部肢节角度信息，中央控制模块控制舵机模块输出相应的角度值，驱动串联腿部模块动作。
上述技术方案中进一步改进的方案如下：
1.上述方案中，以串联腿部模块足端采用复合摆线方程生成摆线轨迹，将摆线轨迹的坐标值赋给串联腿部模块的足端坐标，并转化为舵机模块的动作角度。
2.上述方案中，当第一组对角串联腿部模块处于支撑状态时，中央控制模块驱动第二组对角串联腿部模块摆动。
3.上述方案中，还包括基于超声波模块的跟随方法，在中央控制模块中设定一间距阈值，超声波模块实时开启反馈其与目标的距离值，当距离值大于间距阈值时，中央控制模块控制舵机模块启动靠近目标，当距离值小于间距阈值时，中央控制模块控制舵机模块启动远离目标。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1.本发明基于Arduino的步行式机器人及其控制方法，其通过中央控制模块控制串联腿部模块铰接点处的舵机模块，实现多足机器人腿部的运动，带动机器人整体移动，配合超声波模块的从而实现在各种地形和环境下的位移。
2.本发明基于Arduino的步行式机器人及其控制方法，其通过舵机动作角度的计算和输出，配合足端的摆线运动轨迹，实现串联腿部模块的运动，完全模拟生物关节的拟真动作，提高机器人行走的稳定性。
附图说明
附图1为本发明基于Arduino的步行式机器人的模块示意图。
图中：1、串联腿部模块；2、舵机模块；3、超声波模块；4、中央控制模块；5、电源模块。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1：一种基于Arduino的步行式机器人，参照附图1，包括：
串联腿部模块1，由至少两段腿部肢节铰接而成，用于支撑和完成行走动作；
舵机模块2，安装于串联腿部模块1铰接点，分别用于驱动各个腿部肢节独立转动；
超声波模块3，用于探测机器人周围障碍物；
中央控制模块4，用于控制舵机模块2和超声波模块3；
电源模块5，与中央控制模块4联通并为超声波模块3和舵机模块2供电。
上述串联腿部模块1由一段上部腿部肢节和一段下部腿部肢节铰接而成，每个腿部肢节上具有一个用于驱动其转动的舵机模块2；所述串联腿部模块1为四个。
实施例2：一种基于Arduino的步行式机器人，参照附图1，包括：
串联腿部模块1，由至少两段腿部肢节铰接而成，用于支撑和完成行走动作；
舵机模块2，安装于串联腿部模块1铰接点，分别用于驱动各个腿部肢节独立转动；
超声波模块3，用于探测机器人周围障碍物；
中央控制模块4，用于控制舵机模块2和超声波模块3；
电源模块5，与中央控制模块4联通并为超声波模块3和舵机模块2供电。
上述串联腿部模块1由一段上部腿部肢节和一段下部腿部肢节铰接而成，每个腿部肢节上具有一个用于驱动其转动的舵机模块2；所述串联腿部模块1为四个。
基于Arduino的步行式机器人的控制方法，包括以下步骤：
设置足端坐标x，y，测量得到I1为下部腿部肢节长度，测量得到I2为上部腿部肢节长度，将下部腿部肢节的足端放于坐标系原点，原点至上部腿部肢节顶点的长度为：
Figure BDA0002814501370000041
其中x和y分别为上部腿部肢节顶点于坐标系中的数值，中央控制模块4即可算出上部腿部肢节角度为：
Figure BDA0002814501370000042
采用余弦定理算出原点至上部腿部肢节顶点连线与下部腿部肢节夹角为：
Figure BDA0002814501370000043
根据三角函数定理，中央控制模块4即可算出上部腿部肢节角度为：
Figure BDA0002814501370000044
根据下部腿部肢节和上部腿部肢节角度信息，中央控制模块4控制舵机模块2输出相应的角度值，驱动串联腿部模块1动作。
以串联腿部模块1足端采用复合摆线方程生成摆线轨迹，将摆线轨迹的坐标值赋给串联腿部模块1的足端坐标，并转化为舵机模块2的动作角度。
当第一组对角串联腿部模块1处于支撑状态时，中央控制模块4驱动第二组对角串联腿部模块1摆动。
还包括基于超声波模块3的跟随方法，在中央控制模块4中设定一间距阈值，超声波模块3实时开启反馈其与目标的距离值，当距离值大于间距阈值时，中央控制模块4控制舵机模块2启动靠近目标，当距离值小于间距阈值时，中央控制模块4控制舵机模块2启动远离目标。
采用上述方案，其通过中央控制模块控制串联腿部模块铰接点处的舵机模块，实现多足机器人腿部的运动，带动机器人整体移动，配合超声波模块的从而实现在各种地形和环境下的位移。
另外，其通过舵机动作角度的计算和输出，配合足端的摆线运动轨迹，实现串联腿部模块的运动，完全模拟生物关节的拟真动作，提高机器人行走的稳定性。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于Arduino的步行式机器人，其特征在于，包括：
串联腿部模块(1)，由至少两段腿部肢节铰接而成，用于支撑和完成行走动作；
舵机模块(2)，安装于串联腿部模块(1)铰接点，分别用于驱动各个腿部肢节独立转动；
超声波模块(3)，用于探测机器人周围障碍物；
中央控制模块(4)，用于控制舵机模块(2)和超声波模块(3)；
电源模块(5)，与中央控制模块(4)联通并为超声波模块(3)和舵机模块(2)供电。
2.根据权利要求1所述的基于Arduino的步行式机器人，其特征在于，所述串联腿部模块(1)由一段上部腿部肢节和一段下部腿部肢节铰接而成，每个腿部肢节上具有一个用于驱动其转动的舵机模块(2)。
3.根据权利要求2所述的基于Arduino的步行式机器人，其特征在于，所述串联腿部模块(1)为四个。
4.根据权利要求3所述的基于Arduino的步行式机器人的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
设置足端坐标(x，y)，测量得到I1为下部腿部肢节长度，测量得到I2为上部腿部肢节长度，将下部腿部肢节的足端放于坐标系原点，原点至上部腿部肢节顶点的长度为：
Figure FDA0002814501360000011
其中x和y分别为上部腿部肢节顶点于坐标系中的数值，中央控制模块(4)即可算出上部腿部肢节角度为：
Figure FDA0002814501360000012
采用余弦定理算出原点至上部腿部肢节顶点连线与下部腿部肢节夹角为：
Figure FDA0002814501360000013
根据三角函数定理，中央控制模块(4)即可算出上部腿部肢节角度为：
Figure FDA0002814501360000014
根据下部腿部肢节和上部腿部肢节角度信息，中央控制模块(4)控制舵机模块(2)输出相应的角度值，驱动串联腿部模块(1)动作。
5.根据权利要求4所述的基于Arduino的步行式机器人的控制方法，其特征在于，以串联腿部模块(1)足端采用复合摆线方程生成摆线轨迹，将摆线轨迹的坐标值赋给串联腿部模块(1)的足端坐标，并转化为舵机模块(2)的动作角度。
6.根据权利要求5所述的基于Arduino的步行式机器人的控制方法，其特征在于，当第一组对角串联腿部模块(1)处于支撑状态时，中央控制模块(4)驱动第二组对角串联腿部模块(1)摆动。
7.根据权利要求6所述的基于Arduino的步行式机器人的控制方法，其特征在于，还包括基于超声波模块(3)的跟随方法，在中央控制模块(4)中设定一间距阈值，超声波模块(3)实时开启反馈其与目标的距离值，当距离值大于间距阈值时，中央控制模块(4)控制舵机模块(2)启动靠近目标，当距离值小于间距阈值时，中央控制模块(4)控制舵机模块(2)启动远离目标。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2384863A2 (en) * 2010-01-21 2011-11-09 Institutul de Mecanica Solidelor al Academiei Romane Method and device for dynamic control of a walking robot
CN104090576A (zh) * 2014-07-31 2014-10-08 开平市吴汉良理工学校 一种基于Arduino开源平台的机器人轮椅控制系统
CN106227202A (zh) * 2016-09-19 2016-12-14 吉林大学 一种兼具自主导航及远程遥控的六足机器人
CN107914789A (zh) * 2017-11-30 2018-04-17 山西大学 移动终端控制的智能仿生步行机器人
CN108481348A (zh) * 2018-03-14 2018-09-04 合肥工业大学 基于Arduino平台的六足机器人控制系统
CN108582066A (zh) * 2018-03-13 2018-09-28 同济大学 一种分层cpg及在仿人机器人行走控制中的应用
CN110286679A (zh) * 2019-06-24 2019-09-27 南京理工大学 基于线性倒立摆模型的机器人步态规划方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2384863A2 (en) * 2010-01-21 2011-11-09 Institutul de Mecanica Solidelor al Academiei Romane Method and device for dynamic control of a walking robot
CN104090576A (zh) * 2014-07-31 2014-10-08 开平市吴汉良理工学校 一种基于Arduino开源平台的机器人轮椅控制系统
CN106227202A (zh) * 2016-09-19 2016-12-14 吉林大学 一种兼具自主导航及远程遥控的六足机器人
CN107914789A (zh) * 2017-11-30 2018-04-17 山西大学 移动终端控制的智能仿生步行机器人
CN108582066A (zh) * 2018-03-13 2018-09-28 同济大学 一种分层cpg及在仿人机器人行走控制中的应用
CN108481348A (zh) * 2018-03-14 2018-09-04 合肥工业大学 基于Arduino平台的六足机器人控制系统
CN110286679A (zh) * 2019-06-24 2019-09-27 南京理工大学 基于线性倒立摆模型的机器人步态规划方法

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