CN202130526U

CN202130526U - 一种具有多传感器的桌面型智能六足机器人

Info

Publication number: CN202130526U
Application number: CN201120199920U
Authority: CN
Inventors: 于建均; 王冠伟; 阮晓钢; 杨琼; 孙亮; 戴丽珍
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2011-06-14
Filing date: 2011-06-14
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2021-06-14

Abstract

本实用新型是一种具有多传感器的桌面型智能六足机器人，属于机器人控制领域。本机器人主要包括左、右五连杆腿部机构、两个360度连续旋转伺服舵机、四个光敏传感器、一个红外避障传感器和机器人主体骨架。本实用新型的智能行为是通过以下方法实现的：由四个光敏传感器得出两侧不同方向的亮度值和整体环境的亮度值，由红外避障传感器探测前方障碍物的距离，通过模糊控制规则对环境的综合信息进行处理，驱动舵机完成转弯、前进或变速等动作，使机器人在未知环境中实现行走、避障、趋光等智能行为。该方法简单、高效，利用多传感器的配合，准确、全面的感知环境信息，可在未知环境中进行有目的的智能行为。

Description

一种具有多传感器的桌面型智能六足机器人

技术领域

本实用新型是一种具有多传感器的桌面型智能六足机器人，属于机器人控制领域。

背景技术

六足机器人是当今移动式机器人研究的一个重要领域，相比其他移动机器人，六足机器人具有较好的机动性，在崎岖路面上的适应能力强、稳定性高。六足机器人的行走方式是模仿昆虫行走而产生的，昆虫在其行走时为多足支撑，可以始终保持在地面行走时的稳定。三角步态行走法是昆虫行走的方式之一，它是基于三角型稳定性原理的一种步态，可确保昆虫稳定地行走。六足机器人采用这种步态，使机器人系统可以实现平稳行走。桌面型机器人体积小，重量轻，投资少，研制周期短。从一定意义上说，桌面机器人是供智能行为具体化研究的理想的最小物理系统，并且有广泛的应用前景。

传统的六足机器人只能简单的完成行走任务，或单一的完成某一项任务，如避障、趋光、趋向热源等。一方面，是受到机器人本体结构限制。在传感器类型、型号和数量的选择上容易遇到障碍，不能装配更多的传感器。另一方面，也是受到控制器功能和扩展能力的限制。控制器不能完成多传感器工作的复杂任务，不能扩展更多的传感器。

智能机器人通过传感器来接收并获取外界环境信息，一个具有很强适应能力的多传感器系统是反映机器人智能水平的重要条件之一，多传感器信息技术已经成为智能机器人研究的一个热点。智能机器人数据量和控制量繁杂，需要运行速度较快的决策和执行系统，基于STC的控制系统可以快速的处理数据和控制相应动作。

实用新型内容

本实用新型提出了一种具有多传感器的桌面型智能六足机器人，此机器人通过分布在机器人主体骨架上的多种传感器联合工作，从而感知周围环境亮度和障碍物的综合信息，不会因单一传感器条件限制使测得的信息数据不真实，趋向目标不准确。同时此桌面型六足机器人体积较小，各工作元件布局合理，外形美观，甚至可以在普通的办公桌桌面上工作。

本实用新型的主体思路是：通过设置在机器人主体骨架上的多种传感器联合工作，由四个光敏传感器感知左前、右前、左后、右后四个不同位置的亮度值，通过数据融合，计算出两侧不同方向的亮度值和整个环境的亮度值，由红外避障传感器探测前方障碍物的距离，将计算出的光敏传感器数据和红外避障传感器得到的障碍物数据再次进行数据融合处理，从而感知周围环境的综合信息，基于此综合信息，产生模糊控制规则，产生舵机控制信号驱动舵机，使机器人完成转弯、前进或变速等动作，实现在未知环境中自如地行走、避障、趋光等智能行为。

本实用新型采取的具体技术方案如下：包括机器人主体骨架1、连接在主体骨架两侧的五连杆式腿部机构2、固定在主体骨架1上的左、右360度连续旋转伺服舵机3，在机器人主体骨架背部的STC控制器4，固定在机器人主体骨架前端的红外避障传感器5，固定在五连杆腿部机构2前后足下端的四个光敏传感器6，红外避障传感器5探测前方障碍物的情况，四个光敏传感器6采集环境的亮度值，红外避障传感器5和四个光敏传感器6的输出端分别与STC控制器4的输入端相连，STC控制器4的输出端与左、右360度连续旋转伺服舵机3相连，左、右360度连续旋转伺服舵机3驱动左、右五连杆腿部机构2运动。STC控制器4外接电源，STC控制器4直接为左、右360度连续旋转伺服舵机3、光敏传感器6和红外避障传感器5供电。

上述机器人的多传感器信息融合过程包括以下步骤：

1)利用红外避障传感器感知周围障碍物信息；

2)利用四个不同位置的光敏传感器，对机器人左前、右前、左后、右后的亮度进行测量。由于光敏传感器在对外界环境进行亮度处理的时候，传感器的测量值可能会存在时延、精确度等误差，因此，利用均值算法对四个传感器探测的亮度数据进行处理，得出相对准确的整体环境亮度值和机器人左、右两侧亮度值；

3)STC控制器对步骤1)和2)中获得的机器人综合环境信息进行处理后得出一组PWM波控制信号来控制舵机，舵机驱动机器人完成转弯、前进或变速等动作，实现在未知环境中自如地行走、避障、趋光等智能行为，具体为：

在“暗”的亮度环境下，机器人停止走动，静止；

在“亮”的亮度环境下，机器人以慢速行进；

在“极亮”的亮度环境下，机器人以快速行进；

在没有遇到障碍物的时候，判断左、右亮度差异，向暗的一侧转动45度，继续前进；

在遇到障碍物的时候，判断左、右亮度差异，向暗的一侧转动90度，继续前进。

本实用新型采用红外避障传感器，准确判断障碍物的位置，进行避障，而且针对每一种环境信息采用四个不同位置的传感器采集这种环境的信息数据，此种方法大大提高了测量环境信息数据的有效性，能够真实、准确、全面的对环境信息进行测量。

附图说明

图1六足机器人的机械结构示意图

图2六足机器人的底部示意图

图3六足机器人系统框图

图4整个控制过程的软件算法流程图

图5(a)六足机器人主体主视图

图5(b)六足机器人主体俯视图

图5(c)六足机器人主体左视图

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

首先结合图1和图2说明本实用新型的机械结构。本实用新型的机械结构简单，成本低，容易实现。桌面型六足机器人包括两个独立的左、右五连杆腿部机构2，机器人的左、右五连杆腿部机构2采用的是铝制材料，足部与地面接触位置使用橡胶套保护，增大在运动中与地面的摩擦，对比当今的六足机器人腿部结构，这样不仅能大大减少驱动机器人的舵机数量，同时解决了因使用大量舵机而带来的体积庞大问题，进而增加了机器人的美观、实用，也可以减少电机带来的成本。

机器人主体骨架1(参见图1)采用的是铝质材料，左、右连续旋转伺服舵机3分别通过四个固定螺丝固定到机器人主体骨架1上。机器人左、右五连杆腿部机构2分别通过四个螺丝与机器人主体骨架1固定，这样保证了即使机器人在剧烈运动时，机器人的机械部分仍然非常牢固。如图1所示，红外避障传感器5连接到机器人主体骨架1的前端，为机器人提供所检测到的障碍物信息。如图2所示，四个光敏传感器6分别连接到左前、左后、右前和右后四足的靠下位置，分别为机器人采集四个不同方向的亮度信息。

STC控制器采用的是国内机器人生产商汉库公司研发的32路输出机器人专用控制器，左、右360度连续旋转伺服舵机是采用PARALLAX公司生产的360度连续旋转伺服舵机。红外避障传感器采用的PARALLAX公司生产的E18-D80NK-N。光敏传感器采用国内机器人代理厂商ROBOBASE自行设计开发的光敏电阻型光敏传感器。

结合图3～5说明本实用新型的控制过程：当机器人启动后，传感器会首先工作。红外避障传感器检测到前方障碍物的信息信号，四个光敏传感器检测到左前、左后、右前、和右后四个方向的环境亮度信息信号，红外避障传感器和四个光敏传感器将检测到的信号传给STC控制器，STC控制器将采集到的信号进行处理，然后以PWM波的形式输出舵机的控制信号。左、右360度连续旋转伺服舵机的驱动电路接收来自STC控制器输出的PWM波控制信号，驱动舵机进行转动。通过左、右360度连续旋转伺服舵机的转动，带动左、右五连杆腿部机构运动，使机器人完成相应的动作。例如：机器人探测到前方没有障碍物，当左边光线暗于右边光线时，右侧360度连续旋转伺服舵机转动，带动右侧五连杆腿部机构3运动，使机器人向左转动45度，朝向光线较暗的一边，然后继续前进一段距离，这样一个周期结束。

本实用新型的数据融合算法采用的是均值算法。具体方法如下：

STC控制器每1ms读取一次光敏传感器的读数，每10ms对获取的数据做一次算术平均，该算术平均值作为每个光敏传感器在该时间段内的测量值；每一侧两支传感器的取值做算术平均值，得到代表这一侧光线的取值；全部四支传感器的取值做算术平均值，得到代表当前环境光线的取值。

本实用新型中六足机器人的负屈光和避障策略采用的是模糊控制算法。具体规则如下：

当机器人没有遇到障碍时：

a.若机器人处于“暗环境”，则停止三个时间单位；

b.若机器人处于“亮环境”，则以慢速行进，判断左、右两侧环境亮度；

若右边暗于左边，则右转一个时间单位，相当于右转45度，直行一个时间单位；

若右边亮于左边，则左转一个时间单位，相当于左转45度，直行一个时间单位；

若右边等于左边，则直行两个时间单位。

c.若机器人处于“极亮环境”，则以快速行进，判断左、右两侧环境亮度；

若右边等于左边，则直行两个时间单位。

当遇到柱状障碍物障碍时：

a.若机器人处于“暗环境”，则停止三个时间单位；

若右边暗于左边，则右转两个时间单位，相当于右转90度，直行两个时间单位，左转两个时间单位；

若右边不暗于左边，则左转两个时间单位，相当于左转90度，直行两个时间单位，右转两个时间单位。

Claims

1.一种具有多传感器的桌面型智能六足机器人，包括机器人主体骨架(1)、连接在机器人主体骨架(1)两侧的左、右五连杆腿部机构(2)，固定在机器人主体骨架(1)上的左、右360度连续旋转伺服舵机(3)，其特征在于：还包括固定在机器人主体骨架(1)背部的STC控制器(4)、固定在机器人主体骨架(1)前端的红外避障传感器(5)和固定在五连杆腿部机构(2)前后足下端的四个光敏传感器(6)，光敏传感器(6)和红外避障传感器(5)的输出端与STC控制器(4)的输入端相连，STC控制器(4)的输出端与左、右360度连续旋转伺服舵机(3)相连，左、右360度连续旋转伺服舵机(3)控制左、右五连杆腿部机构(2)运动。