專利名稱：一種具有多傳感器的桌面型智能六足機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種具有多傳感器的桌面型智能六足機(jī)器人，屬于機(jī)器人控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
六足機(jī)器人是當(dāng)今移動式機(jī)器人研究的一個(gè)重要領(lǐng)域，相比其他移動機(jī)器人，六足機(jī)器人具有較好的機(jī)動性，在崎嶇路面上的適應(yīng)能力強(qiáng)、穩(wěn)定性高。六足機(jī)器人的行走方式是模仿昆蟲行走而產(chǎn)生的，昆蟲在其行走時(shí)為多足支撐，可以始終保持在地面行走時(shí)的穩(wěn)定。三角步態(tài)行走法是昆蟲行走的方式之一，它是基于三角型穩(wěn)定性原理的一種步態(tài)，可確保昆蟲穩(wěn)定地行走。六足機(jī)器人采用這種步態(tài)，使機(jī)器人系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)行走。桌面型機(jī)器人體積小，重量輕，投資少，研制周期短。從一定意義上說，桌面機(jī)器人是供智能行為具體化研究的理想的最小物理系統(tǒng)，并且有廣泛的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的六足機(jī)器人只能簡單的完成行走任務(wù)，或單一的完成某一項(xiàng)任務(wù)，如避障、 趨光、趨向熱源等。一方面，是受到機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)限制。在傳感器類型、型號和數(shù)量的選擇上容易遇到障礙，不能裝配更多的傳感器。另一方面，也是受到控制器功能和擴(kuò)展能力的限制?？刂破鞑荒芡瓿啥鄠鞲衅鞴ぷ鞯膹?fù)雜任務(wù)，不能擴(kuò)展更多的傳感器。智能機(jī)器人通過傳感器來接收并獲取外界環(huán)境信息，一個(gè)具有很強(qiáng)適應(yīng)能力的多傳感器系統(tǒng)是反映機(jī)器人智能水平的重要條件之一，多傳感器信息技術(shù)已經(jīng)成為智能機(jī)器人研究的一個(gè)熱點(diǎn)。智能機(jī)器人數(shù)據(jù)量和控制量繁雜，需要運(yùn)行速度較快的決策和執(zhí)行系統(tǒng)，基于STC的控制系統(tǒng)可以快速的處理數(shù)據(jù)和控制相應(yīng)動作。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提出了一種具有多傳感器的桌面型智能六足機(jī)器人，此機(jī)器人通過分布在機(jī)器人主體骨架上的多種傳感器聯(lián)合工作，從而感知周圍環(huán)境亮度和障礙物的綜合信息，不會因單一傳感器條件限制使測得的信息數(shù)據(jù)不真實(shí)，趨向目標(biāo)不準(zhǔn)確。同時(shí)此桌面型六足機(jī)器人體積較小，各工作元件布局合理，外形美觀，甚至可以在普通的辦公桌桌面上工作。本實(shí)用新型的主體思路是通過設(shè)置在機(jī)器人主體骨架上的多種傳感器聯(lián)合工作，由四個(gè)光敏傳感器感知左前、右前、左后、右后四個(gè)不同位置的亮度值，通過數(shù)據(jù)融合， 計(jì)算出兩側(cè)不同方向的亮度值和整個(gè)環(huán)境的亮度值，由紅外避障傳感器探測前方障礙物的距離，將計(jì)算出的光敏傳感器數(shù)據(jù)和紅外避障傳感器得到的障礙物數(shù)據(jù)再次進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理，從而感知周圍環(huán)境的綜合信息，基于此綜合信息，產(chǎn)生模糊控制規(guī)則，產(chǎn)生舵機(jī)控制信號驅(qū)動舵機(jī)，使機(jī)器人完成轉(zhuǎn)彎、前進(jìn)或變速等動作，實(shí)現(xiàn)在未知環(huán)境中自如地行走、避障、趨光等智能行為。本實(shí)用新型采取的具體技術(shù)方案如下包括機(jī)器人主體骨架1、連接在主體骨架兩側(cè)的五連桿式腿部機(jī)構(gòu)2、固定在主體骨架1上的左、右360度連續(xù)旋轉(zhuǎn)伺服舵機(jī)3，在機(jī)器人主體骨架背部的STC控制器4，固定在機(jī)器人主體骨架前端的紅外避障傳感器5，固定在五連桿腿部機(jī)構(gòu)2前后足下端的四個(gè)光敏傳感器6，紅外避障傳感器5探測前方障礙物的情況，四個(gè)光敏傳感器6采集環(huán)境的亮度值，紅外避障傳感器5和四個(gè)光敏傳感器6的輸出端分別與STC控制器4的輸入端相連，STC控制器4的輸出端與左、右360度連續(xù)旋轉(zhuǎn)伺服舵機(jī)3相連，左、右360度連續(xù)旋轉(zhuǎn)伺服舵機(jī)3驅(qū)動左、右五連桿腿部機(jī)構(gòu)2運(yùn)動。STC控制器4外接電源，STC控制器4直接為左、右360度連續(xù)旋轉(zhuǎn)伺服舵機(jī)3、光敏傳感器6和紅外避障傳感器5供電。上述機(jī)器人的多傳感器信息融合過程包括以下步驟1)利用紅外避障傳感器感知周圍障礙物信息；2)利用四個(gè)不同位置的光敏傳感器，對機(jī)器人左前、右前、左后、右后的亮度進(jìn)行測量。由于光敏傳感器在對外界環(huán)境進(jìn)行亮度處理的時(shí)候，傳感器的測量值可能會存在時(shí)延、精確度等誤差，因此，利用均值算法對四個(gè)傳感器探測的亮度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得出相對準(zhǔn)確的整體環(huán)境亮度值和機(jī)器人左、右兩側(cè)亮度值；3)STC控制器對步驟1)和2、中獲得的機(jī)器人綜合環(huán)境信息進(jìn)行處理后得出一組 PWM波控制信號來控制舵機(jī)，舵機(jī)驅(qū)動機(jī)器人完成轉(zhuǎn)彎、前進(jìn)或變速等動作，實(shí)現(xiàn)在未知環(huán)境中自如地行走、避障、趨光等智能行為，具體為在“暗”的亮度環(huán)境下，機(jī)器人停止走動，靜止；在“亮”的亮度環(huán)境下，機(jī)器人以慢速行進(jìn)；在“極亮”的亮度環(huán)境下，機(jī)器人以快速行進(jìn)；在沒有遇到障礙物的時(shí)候，判斷左、右亮度差異，向暗的一側(cè)轉(zhuǎn)動45度，繼續(xù)前進(jìn)；在遇到障礙物的時(shí)候，判斷左、右亮度差異，向暗的一側(cè)轉(zhuǎn)動90度，繼續(xù)前進(jìn)。本實(shí)用新型采用紅外避障傳感器，準(zhǔn)確判斷障礙物的位置，進(jìn)行避障，而且針對每一種環(huán)境信息采用四個(gè)不同位置的傳感器采集這種環(huán)境的信息數(shù)據(jù)，此種方法大大提高了測量環(huán)境信息數(shù)據(jù)的有效性，能夠真實(shí)、準(zhǔn)確、全面的對環(huán)境信息進(jìn)行測量。

圖1六足機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖圖2六足機(jī)器人的底部示意圖圖3六足機(jī)器人系統(tǒng)框圖圖4整個(gè)控制過程的軟件算法流程圖圖5(a)六足機(jī)器人主體主視圖圖5(b)六足機(jī)器人主體俯視圖圖5(c)六足機(jī)器人主體左視圖
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明首先結(jié)合圖1和圖2說明本實(shí)用新型的機(jī)械結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型的機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單， 成本低，容易實(shí)現(xiàn)。桌面型六足機(jī)器人包括兩個(gè)獨(dú)立的左、右五連桿腿部機(jī)構(gòu)2，機(jī)器人的左、右五連桿腿部機(jī)構(gòu)2采用的是鋁制材料，足部與地面接觸位置使用橡膠套保護(hù)，增大在運(yùn)動中與地面的摩擦，對比當(dāng)今的六足機(jī)器人腿部結(jié)構(gòu)，這樣不僅能大大減少驅(qū)動機(jī)器人的舵機(jī)數(shù)量，同時(shí)解決了因使用大量舵機(jī)而帶來的體積龐大問題，進(jìn)而增加了機(jī)器人的美觀、實(shí)用，也可以減少電機(jī)帶來的成本。機(jī)器人主體骨架1(參見圖1)采用的是鋁質(zhì)材料，左、右連續(xù)旋轉(zhuǎn)伺服舵機(jī)3分別通過四個(gè)固定螺絲固定到機(jī)器人主體骨架1上。機(jī)器人左、右五連桿腿部機(jī)構(gòu)2分別通過四個(gè)螺絲與機(jī)器人主體骨架1固定，這樣保證了即使機(jī)器人在劇烈運(yùn)動時(shí)，機(jī)器人的機(jī)械部分仍然非常牢固。如圖1所示，紅外避障傳感器5連接到機(jī)器人主體骨架1的前端，為機(jī)器人提供所檢測到的障礙物信息。如圖2所示，四個(gè)光敏傳感器6分別連接到左前、左后、 右前和右后四足的靠下位置，分別為機(jī)器人采集四個(gè)不同方向的亮度信息。STC控制器采用的是國內(nèi)機(jī)器人生產(chǎn)商漢庫公司研發(fā)的32路輸出機(jī)器人專用控制器，左、右360度連續(xù)旋轉(zhuǎn)伺服舵機(jī)是采用PARALLAX公司生產(chǎn)的360度連續(xù)旋轉(zhuǎn)伺服舵機(jī)。紅外避障傳感器采用的PARALLAX公司生產(chǎn)的E18-D80NK-N。光敏傳感器采用國內(nèi)機(jī)器人代理廠商R0B0BASE自行設(shè)計(jì)開發(fā)的光敏電阻型光敏傳感器。結(jié)合圖3 5說明本實(shí)用新型的控制過程當(dāng)機(jī)器人啟動后，傳感器會首先工作。 紅外避障傳感器檢測到前方障礙物的信息信號，四個(gè)光敏傳感器檢測到左前、左后、右前、 和右后四個(gè)方向的環(huán)境亮度信息信號，紅外避障傳感器和四個(gè)光敏傳感器將檢測到的信號傳給STC控制器，STC控制器將采集到的信號進(jìn)行處理，然后以PWM波的形式輸出舵機(jī)的控制信號。左、右360度連續(xù)旋轉(zhuǎn)伺服舵機(jī)的驅(qū)動電路接收來自STC控制器輸出的PWM波控制信號，驅(qū)動舵機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)動。通過左、右360度連續(xù)旋轉(zhuǎn)伺服舵機(jī)的轉(zhuǎn)動，帶動左、右五連桿腿部機(jī)構(gòu)運(yùn)動，使機(jī)器人完成相應(yīng)的動作。例如機(jī)器人探測到前方?jīng)]有障礙物，當(dāng)左邊光線暗于右邊光線時(shí)，右側(cè)360度連續(xù)旋轉(zhuǎn)伺服舵機(jī)轉(zhuǎn)動，帶動右側(cè)五連桿腿部機(jī)構(gòu)3運(yùn)動，使機(jī)器人向左轉(zhuǎn)動45度，朝向光線較暗的一邊，然后繼續(xù)前進(jìn)一段距離，這樣一個(gè)周期結(jié)束。本實(shí)用新型的數(shù)據(jù)融合算法采用的是均值算法。具體方法如下STC控制器每Ims讀取一次光敏傳感器的讀數(shù)，每IOms對獲取的數(shù)據(jù)做一次算術(shù)平均，該算術(shù)平均值作為每個(gè)光敏傳感器在該時(shí)間段內(nèi)的測量值；每一側(cè)兩支傳感器的取值做算術(shù)平均值，得到代表這一側(cè)光線的取值；全部四支傳感器的取值做算術(shù)平均值，得到代表當(dāng)前環(huán)境光線的取值。本實(shí)用新型中六足機(jī)器人的負(fù)屈光和避障策略采用的是模糊控制算法。具體規(guī)則如下當(dāng)機(jī)器人沒有遇到障礙時(shí)a.若機(jī)器人處于“暗環(huán)境”，則停止三個(gè)時(shí)間單位；b.若機(jī)器人處于“亮環(huán)境”，則以慢速行進(jìn)，判斷左、右兩側(cè)環(huán)境亮度；若右邊暗于左邊，則右轉(zhuǎn)一個(gè)時(shí)間單位，相當(dāng)于右轉(zhuǎn)45度，直行一個(gè)時(shí)間單位；若右邊亮于左邊，則左轉(zhuǎn)一個(gè)時(shí)間單位，相當(dāng)于左轉(zhuǎn)45度，直行一個(gè)時(shí)間單位；若右邊等于左邊，則直行兩個(gè)時(shí)間單位。c.若機(jī)器人處于“極亮環(huán)境”，則以快速行進(jìn)，判斷左、右兩側(cè)環(huán)境亮度；若右邊暗于左邊，則右轉(zhuǎn)一個(gè)時(shí)間單位，相當(dāng)于右轉(zhuǎn)45度，直行一個(gè)時(shí)間單位；若右邊亮于左邊，則左轉(zhuǎn)一個(gè)時(shí)間單位，相當(dāng)于左轉(zhuǎn)45度，直行一個(gè)時(shí)間單位；[0042]若右邊等于左邊，則直行兩個(gè)時(shí)間單位。當(dāng)遇到柱狀障礙物障礙時(shí)a.若機(jī)器人處于“暗環(huán)境”，則停止三個(gè)時(shí)間單位；b.若機(jī)器人處于“亮環(huán)境”，則以慢速行進(jìn)，判斷左、右兩側(cè)環(huán)境亮度；若右邊暗于左邊，則右轉(zhuǎn)兩個(gè)時(shí)間單位，相當(dāng)于右轉(zhuǎn)90度，直行兩個(gè)時(shí)間單位，左轉(zhuǎn)兩個(gè)時(shí)間單位；若右邊不暗于左邊，則左轉(zhuǎn)兩個(gè)時(shí)間單位，相當(dāng)于左轉(zhuǎn)90度，直行兩個(gè)時(shí)間單位， 右轉(zhuǎn)兩個(gè)時(shí)間單位。c.若機(jī)器人處于“極亮環(huán)境”，則以快速行進(jìn)，判斷左、右兩側(cè)環(huán)境亮度；若右邊暗于左邊，則右轉(zhuǎn)兩個(gè)時(shí)間單位，相當(dāng)于右轉(zhuǎn)90度，直行兩個(gè)時(shí)間單位，左轉(zhuǎn)兩個(gè)時(shí)間單位；若右邊不暗于左邊，則左轉(zhuǎn)兩個(gè)時(shí)間單位，相當(dāng)于左轉(zhuǎn)90度，直行兩個(gè)時(shí)間單位， 右轉(zhuǎn)兩個(gè)時(shí)間單位。
權(quán)利要求1. 一種具有多傳感器的桌面型智能六足機(jī)器人，包括機(jī)器人主體骨架(1)、連接在機(jī)器人主體骨架(1)兩側(cè)的左、右五連桿腿部機(jī)構(gòu)( ，固定在機(jī)器人主體骨架(1)上的左、右 360度連續(xù)旋轉(zhuǎn)伺服舵機(jī)(3)，其特征在于還包括固定在機(jī)器人主體骨架(1)背部的STC 控制器、固定在機(jī)器人主體骨架(1)前端的紅外避障傳感器( 和固定在五連桿腿部機(jī)構(gòu)(2)前后足下端的四個(gè)光敏傳感器(6)，光敏傳感器(6)和紅外避障傳感器( 的輸出端與STC控制器的輸入端相連，STC控制器(4)的輸出端與左、右360度連續(xù)旋轉(zhuǎn)伺服舵機(jī)C3)相連，左、右360度連續(xù)旋轉(zhuǎn)伺服舵機(jī)C3)控制左、右五連桿腿部機(jī)構(gòu)( 運(yùn)動。
專利摘要本實(shí)用新型是一種具有多傳感器的桌面型智能六足機(jī)器人，屬于機(jī)器人控制領(lǐng)域。本機(jī)器人主要包括左、右五連桿腿部機(jī)構(gòu)、兩個(gè)360度連續(xù)旋轉(zhuǎn)伺服舵機(jī)、四個(gè)光敏傳感器、一個(gè)紅外避障傳感器和機(jī)器人主體骨架。本實(shí)用新型的智能行為是通過以下方法實(shí)現(xiàn)的由四個(gè)光敏傳感器得出兩側(cè)不同方向的亮度值和整體環(huán)境的亮度值，由紅外避障傳感器探測前方障礙物的距離，通過模糊控制規(guī)則對環(huán)境的綜合信息進(jìn)行處理，驅(qū)動舵機(jī)完成轉(zhuǎn)彎、前進(jìn)或變速等動作，使機(jī)器人在未知環(huán)境中實(shí)現(xiàn)行走、避障、趨光等智能行為。該方法簡單、高效，利用多傳感器的配合，準(zhǔn)確、全面的感知環(huán)境信息，可在未知環(huán)境中進(jìn)行有目的的智能行為。
文檔編號B62D57/032GK202130526SQ201120199920
公開日2012年2月1日 申請日期2011年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月14日
發(fā)明者于建均, 孫亮, 戴麗珍, 楊瓊, 王冠偉, 阮曉鋼 申請人:北京工業(yè)大學(xué)