本發(fā)明屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有視覺(jué)功能的仿蜘蛛的多足機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

背景技術(shù)：
在自然界和人類社會(huì)中,存在一些人類無(wú)法到達(dá)的地方和可能危及人類生命的特殊場(chǎng)合，如行星表面、災(zāi)難發(fā)生礦井、防災(zāi)救援和反恐斗爭(zhēng)等，對(duì)這些危險(xiǎn)環(huán)境進(jìn)行不斷地探索和研究。尋求一條解決問(wèn)題的可行途徑成為科學(xué)技術(shù)發(fā)展和人類社會(huì)進(jìn)步的需要。地形不規(guī)則和崎嶇不平是這些環(huán)境的共同特點(diǎn)，從而使輪式機(jī)器人和履帶式機(jī)器人的應(yīng)用受到限制。在搶險(xiǎn)救災(zāi)、反恐斗爭(zhēng)以及科學(xué)探索方面，多足機(jī)器人有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。多足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡是一系列離散的足印。崎嶇地形中往往含有巖石、泥土、沙子甚至峭壁和陡坡等障礙物，可以穩(wěn)定支撐機(jī)器人的連續(xù)路徑十分有限。多足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)只需要離散的點(diǎn)接觸地面，對(duì)這種地形的適應(yīng)性較強(qiáng)，對(duì)環(huán)境的破壞程度也較小。多足機(jī)器人的腿部具有多個(gè)自由度，使運(yùn)動(dòng)的靈活性大大增強(qiáng)。多足機(jī)器人可以通過(guò)調(diào)節(jié)腿的活動(dòng)范圍保持身體水平，也可以通過(guò)調(diào)節(jié)腿的伸展程度調(diào)整重心的位置，因此不易翻倒，穩(wěn)定性更高，在搶險(xiǎn)救災(zāi)、反恐斗爭(zhēng)以及科學(xué)探測(cè)中可以很靈活的完成任務(wù)，提高采摘的效率。多足機(jī)器人的身體與地面是分離的，這種機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于，機(jī)器人的身體可以平穩(wěn)地運(yùn)動(dòng)而不必考慮地面的粗糙程度和腿的放置位置。當(dāng)機(jī)器人需要攜帶科學(xué)儀器和其它工具工作時(shí)，首先將腿部固定，然后精確控制身體在三維空間中的運(yùn)動(dòng)，就可以達(dá)到對(duì)對(duì)象進(jìn)行操作的目的。多足機(jī)器人在生產(chǎn)生活中有著廣泛的應(yīng)用，但目前的國(guó)內(nèi)外在多足機(jī)器人研究方面都處于比較初期的階段。對(duì)多足機(jī)器人的研究對(duì)我國(guó)現(xiàn)在的生產(chǎn)生活有著重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種采用仿生學(xué)結(jié)構(gòu)的仿蜘蛛多足機(jī)器人平臺(tái)，以解決當(dāng)前機(jī)器人利用視覺(jué)系統(tǒng)在復(fù)雜地形下智能移動(dòng)的問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種仿蜘蛛的多足機(jī)器人平臺(tái)，包括機(jī)身，在機(jī)身外側(cè)分布有多個(gè)由舵機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械腿，機(jī)身上方設(shè)置有視覺(jué)系統(tǒng)，視覺(jué)系統(tǒng)包括立體相機(jī)和單目相機(jī)，立體相機(jī)和單目相機(jī)設(shè)置于一個(gè)殼體上，殼體通過(guò)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在機(jī)身上。進(jìn)一步地，所述的殼體包括由支撐件連接且相互平行的上主板、中主板和下主板，所述的立體相機(jī)和單目相機(jī)均設(shè)置在上主板和中主板之間的外側(cè)，中主板和下主板之間安裝有轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器與單目相機(jī)和立體相機(jī)連接。進(jìn)一步地，所述的上主板為八邊形板，上主板的八條邊兩兩相互平行；在上主板平行的四對(duì)邊中，其中一對(duì)平行邊的邊長(zhǎng)大于其他對(duì)平行邊的邊長(zhǎng)，將這一對(duì)平行邊稱為主邊，其他邊稱為副邊，所述的立體相機(jī)安裝在主邊的其中一條邊上，在每一條副邊上均設(shè)置有一個(gè)單目相機(jī)。進(jìn)一步地，所述的視覺(jué)系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)之間設(shè)置有第一減震器，第一減震器包括支撐板，支撐板上對(duì)稱分布多個(gè)空心的且無(wú)頂面的固定筒，固定筒中設(shè)置有軸桿，軸桿端部固定有限位板，軸桿上套裝有第一彈簧，第一彈簧的一端固定在固定筒底部，第一彈簧的另一端固定在限位板上，限位板與視覺(jué)系統(tǒng)連接，支撐板與所述的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接。進(jìn)一步地，所述的機(jī)械腿包括足端、支撐部與連接部，所述的支撐部采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)，包括活動(dòng)式連接的兩部分，其中一部分包括用于安裝舵機(jī)的固定架，另一部分包括第二減震器；在第二減震器與所述的足端之間設(shè)置有傳感器組，所述的連接部與支撐部活動(dòng)式連接。進(jìn)一步地，所述的固定架的兩端各自安裝一個(gè)舵機(jī)，分別為第一舵機(jī)和第二舵機(jī)，第一舵機(jī)通過(guò)第一連接件與第二支柱連接，第二舵機(jī)通過(guò)第二連接件與連接部連接；在連接部中設(shè)置有與機(jī)身連接的第三舵機(jī)。進(jìn)一步地，所述的第二減震器包括有底面、無(wú)頂面的固定殼，固定殼底部通過(guò)第二支柱連接在所述的傳感器組上，傳感器組通過(guò)第一支柱與所述的足端連接；固定殼內(nèi)部設(shè)置有第二彈簧，固定殼頂部、第二彈簧均與第一連接件連接，其中殼體頂部與第一連接件之間為活動(dòng)式連接。進(jìn)一步地，所述的第一連接件包括第一支架，第一支架的一端與第二減震器連接，第一支架的另一端固定在安裝于第一舵機(jī)的第一法蘭盤上。進(jìn)一步地，所述的第二連接件包括第二支架，第二支架的兩端分別連接安裝在第三舵機(jī)上的第三法蘭盤和安裝在第二舵機(jī)上的第二法蘭盤上。進(jìn)一步地，所述的足端為半圓柱狀，足端的弧面上分布有多條沿足端徑向、周向交錯(cuò)分布的溝槽，這些溝槽將足端的弧面劃分為多個(gè)塊狀區(qū)域。進(jìn)一步地，所述的機(jī)身包括箱體，箱體的邊緣與機(jī)械腿上的第三舵機(jī)連接，箱體中設(shè)置有控制器和電池。本發(fā)明具有以下技術(shù)特點(diǎn)：本發(fā)明的視覺(jué)系統(tǒng)采用立體相機(jī)加單目相機(jī)合理布置，視覺(jué)的死角小，盲區(qū)小，可以對(duì)主眼前方的物體進(jìn)行定位，同時(shí)也可對(duì)兩側(cè)物體進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析；機(jī)械腿采用仿蜘蛛設(shè)計(jì)，具有三個(gè)自由度，減震效果好，運(yùn)動(dòng)靈活；機(jī)身簡(jiǎn)單實(shí)用。通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、方便、低成本的搭建起仿蜘蛛多足機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，能夠用于機(jī)器人復(fù)雜地形通過(guò)性實(shí)驗(yàn)，道路通過(guò)性等實(shí)驗(yàn)研究。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為視覺(jué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為機(jī)身的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為機(jī)械腿和機(jī)身連接部分的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為機(jī)械腿的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為第一減震器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中標(biāo)號(hào)代表：1—視覺(jué)系統(tǒng)，2—機(jī)身，3—機(jī)械腿，4—立體相機(jī)，5—固定件，6—上主板，7—單目相機(jī)，8—中主板，9—支撐件，10—下主板，11—第一減震器，12—轉(zhuǎn)換器，13—第一彈簧，14—支撐板，16—第三舵機(jī)，17—第二連接件，18—第二舵機(jī)，19—固定架，20—第一舵機(jī)，21—第一連接件，22—第二減震器，23—傳感器組，24—足端，25—控制器，26—電池，27—箱體，28—第二彈簧，29—第二支柱，30—第一支柱，31—第三法蘭盤，32—第二法蘭盤，33—第一法蘭盤，34—限位板，35—軸桿，36—固定筒。具體實(shí)施方式遵從上述技術(shù)方案，如圖1至圖4所示，一種仿蜘蛛的多足機(jī)器人平臺(tái)，包括機(jī)身2，在機(jī)身2外側(cè)分布有多個(gè)由舵機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械腿3，機(jī)身2上方設(shè)置有視覺(jué)系統(tǒng)1，視覺(jué)系統(tǒng)1包括立體相機(jī)4和單目相機(jī)7，立體相機(jī)4和單目相機(jī)7設(shè)置于一個(gè)殼體上，殼體通過(guò)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在機(jī)身2上。本方案提供的這種機(jī)器人平臺(tái)，采用仿生學(xué)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，在機(jī)身2上連接有六條機(jī)械腿3，類似于蜘蛛的構(gòu)造。機(jī)械腿3是通過(guò)多個(gè)舵機(jī)來(lái)控制的，這就使得機(jī)械腿3有了多個(gè)自由度，更加靈活，同時(shí)多條機(jī)械腿3分布于機(jī)身2外側(cè)，使行動(dòng)過(guò)程中更加平穩(wěn)。本方案中設(shè)置六條機(jī)械腿3部，這樣分布的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)器人在行走過(guò)程中減少了腿部碰撞的可能，增加了機(jī)體的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，增大了腿部的傳動(dòng)空間。本方案中的視覺(jué)系統(tǒng)1用于采集圖像信息。視覺(jué)系統(tǒng)1中包括一個(gè)雙目立體相機(jī)4和多個(gè)單目相機(jī)7，分布于殼體周圍，可360°無(wú)死角地采集周圍視覺(jué)信息。而整個(gè)視覺(jué)系統(tǒng)1也是可以轉(zhuǎn)動(dòng)的，根據(jù)需要，可通過(guò)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)使殼體轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就改變了相機(jī)的視覺(jué)方向，以達(dá)到良好的控制效果。具體地，殼體包括由支撐件9連接且相互平行的上主板6、中主板8和下主板10，三個(gè)主板的大小、結(jié)構(gòu)相同；所述的立體相機(jī)4和單目相機(jī)7均設(shè)置在上主板6和中主板8之間的外側(cè)，中主板8和下主板10之間安裝有轉(zhuǎn)換器12，轉(zhuǎn)換器12與單目相機(jī)7和立體相機(jī)4連接。上主板6為八邊形板，上主板6的八條邊兩兩相互平行；在上主板6平行的四對(duì)邊中，其中一對(duì)平行邊的邊長(zhǎng)大于其他對(duì)平行邊的邊長(zhǎng)，將這一對(duì)平行邊稱為主邊，其他邊稱為副邊，所述的立體相機(jī)4安裝在主邊的其中一條邊上，在每一條副邊上均設(shè)置有一個(gè)單目相機(jī)7。上主板6并非正八邊形，而其中一對(duì)平行邊要較其他邊長(zhǎng)一些，這對(duì)平行邊稱為主邊，在其中一個(gè)主邊上安裝立體相機(jī)4，給相機(jī)的安裝留有充分空間。立體相機(jī)4放置在最前面，其余六只單目相機(jī)7為輔助占據(jù)六個(gè)方位，為了可以輔助主眼的工作，單目相機(jī)7和主眼的視場(chǎng)存在一定的夾角，即單目相機(jī)7的光軸與立體相機(jī)4的光軸之間有銳角的夾角，有效為了減小立體相機(jī)4與單目相機(jī)7之間的盲區(qū)。具體地，立體相機(jī)4安裝過(guò)程中，可自上主板6和中主板8的主邊上延伸出來(lái)一部分條形板，將一對(duì)主立體相機(jī)4設(shè)置在這兩個(gè)條形板之間，其側(cè)面通過(guò)固定件5鎖緊。固定件5采用十字形板結(jié)構(gòu)，利用螺栓螺母與上主板6、中主板8緊固。在中主板8和下主板10之間設(shè)置有轉(zhuǎn)換器12，轉(zhuǎn)換器12與所述的立體相機(jī)4、單目相機(jī)7連接，并且與機(jī)器人的控制器25連接，將采集的圖像信息轉(zhuǎn)換處理后發(fā)送給控制器25。為減小機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中震動(dòng)對(duì)視覺(jué)系統(tǒng)1的影響，視覺(jué)系統(tǒng)1與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)之間設(shè)置有第一減震器11，如圖6所示，第一減震器11包括支撐板14，支撐板14上對(duì)稱分布多個(gè)空心的且無(wú)頂面的固定筒36，固定筒36中設(shè)置有軸桿35，軸桿35端部固定有限位板34，軸桿35上套裝有第一彈簧13，第一彈簧13的一端固定在固定筒36底部，第一彈簧13的另一端固定在限位板34上，限位板34與視覺(jué)系統(tǒng)1殼體上的下主板10連接，支撐板14與所述的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以采用電機(jī)，將電機(jī)的輸出軸與支撐板14之間通過(guò)連接件固定連接。本方案中的機(jī)械腿3結(jié)構(gòu)，如圖4、圖5所示，機(jī)械腿3包括足端24、支撐部與連接部，所述的支撐部采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)，包括活動(dòng)式連接的兩部分，其中一部分包括用于安裝舵機(jī)的固定架19，另一部分包括第二減震器22；在第二減震器22與所述的足端24之間設(shè)置有傳感器組23，所述的連接部與支撐部活動(dòng)式連接。固定架19的兩端各自安裝一個(gè)舵機(jī)，分別為第一舵機(jī)20和第二舵機(jī)18，第一舵機(jī)20通過(guò)第一連接件21與第二減震器22連接，第二舵機(jī)18通過(guò)第二連接件17與連接部連接；在連接部中設(shè)置有與機(jī)身2連接的第三舵機(jī)16。機(jī)械腿3共有三個(gè)“關(guān)節(jié)”，第一個(gè)是第三舵機(jī)16處，第三舵機(jī)16與機(jī)身2連接，舵機(jī)可改變方向，這里有一個(gè)自由度；第二個(gè)“關(guān)節(jié)”是第二舵機(jī)18處，第二舵機(jī)18與連接部連接，這里是第二個(gè)自由度；第三個(gè)“關(guān)節(jié)”是第一舵機(jī)20，第一舵機(jī)20與第二減震器22之間連接，可改變第二減震器22所在支撐部的方向與位置，這里是第三個(gè)自由度。由此，本方案提出的這種機(jī)械腿3結(jié)構(gòu)，具有多個(gè)自由度，使其行動(dòng)更加靈便。傳感器組中包括多個(gè)傳感器、如紅外傳感器、力傳感器等，通過(guò)傳感器向控制器的反饋，來(lái)調(diào)整機(jī)器人的行走策略，以躲避障礙物等。連接件主要起到連接作用，第一連接件21包括第一支架，第一支架的一端與第二減震器22連接，第一支架的另一端固定在安裝于第一舵機(jī)20的第一法蘭盤33上。如圖所示，第一連接件21包括一個(gè)底板和垂直于底板設(shè)置的兩個(gè)立板，兩個(gè)立板分別與第一舵機(jī)20兩側(cè)的兩個(gè)法蘭盤連接。這樣第一舵機(jī)20就可以通過(guò)法蘭盤改變?cè)摗瓣P(guān)節(jié)”的形態(tài)。而第一連接件21的結(jié)構(gòu)也保證了關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，第一舵機(jī)20不受到第二減震器22的影響。第二連接件17與第一連接件21結(jié)構(gòu)相似，不同之處在于，第二連接件17的底板的兩側(cè)各分布一對(duì)立板，底板兩側(cè)的兩對(duì)立板的安裝方向相互垂直，即同一側(cè)兩個(gè)立板之間的連線(最短距離線)垂直于另一側(cè)兩個(gè)立板之間的連線。底板兩側(cè)的立板各自與第二舵機(jī)18、第三舵機(jī)16上的第二法蘭盤32、第三法蘭盤31連接。這樣第三舵機(jī)16、第二舵機(jī)18就可以以第二連接件17為基礎(chǔ)，驅(qū)動(dòng)第二連接件17改變不同方向的角度，以達(dá)到改變整個(gè)機(jī)械腿姿態(tài)的目的。上述的底板和舵機(jī)之間始終留有一定間隙，這樣舵機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中就不會(huì)碰觸到連接件。本發(fā)明中由于設(shè)置了視覺(jué)系統(tǒng)1，其中有多個(gè)精密儀器，因此對(duì)于系統(tǒng)的震動(dòng)影響有著嚴(yán)格的要求。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，方案中采用雙重減振模式，除了前述的第一減震器11之外，還設(shè)置了第二減震器22：第二減震器22包括有底面、無(wú)頂面的固定殼，固定殼底部通過(guò)第二支柱29連接在所述的傳感器組23上，傳感器組23通過(guò)第一支柱30與所述的足端24連接；固定殼內(nèi)部設(shè)置有第二彈簧28，固定殼頂部、第二彈簧28均與第一連接件21連接，其中殼體頂部與第一連接件21之間為活動(dòng)式連接。在運(yùn)行時(shí)，通過(guò)足端24傳來(lái)的力，經(jīng)過(guò)第二減震器22時(shí)部分被第二彈簧28吸收抵消，而固定殼與第一連接件21之間活動(dòng)式連接是為了保證連接的穩(wěn)定性。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便、美觀且能減輕重量。足端24為半圓柱狀，足端24的弧面上分布有多條沿足端24徑向、周向交錯(cuò)分布的溝槽，這些溝槽將足端24的弧面劃分為多個(gè)塊狀區(qū)域。這些塊狀區(qū)域，可以看作是一個(gè)個(gè)凸起，對(duì)于地面不同的路況，設(shè)置了這種結(jié)構(gòu)后，這樣可以適應(yīng)不同路面，任何時(shí)候都可以保證與地面是線接觸。行走時(shí)利用凸起與溝槽，可與地面細(xì)微的凸起、凹陷等更加緊密接觸，防止機(jī)械腿3運(yùn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生打滑情況。如圖3所示，機(jī)身2包括箱體27，箱體27的邊緣與機(jī)械腿3上的第三舵機(jī)16連接，箱體27中設(shè)置有控制器25和電池26，控制器25控制視覺(jué)系統(tǒng)1，視覺(jué)系統(tǒng)1中相機(jī)采集的信息通過(guò)轉(zhuǎn)換器12處理后傳遞給控制器25；同時(shí)控制器25也控制驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)作，以改變視覺(jué)系統(tǒng)1的朝向；機(jī)械腿3中各個(gè)舵機(jī)的運(yùn)作也由控制器25來(lái)控制，而整個(gè)系統(tǒng)的電力供給由電池26提供。本發(fā)明無(wú)論是視覺(jué)系統(tǒng)還是機(jī)械腿的布設(shè)，均利用仿生學(xué)原理，參考了蜘蛛的生理結(jié)構(gòu)，該視覺(jué)平臺(tái)采用一對(duì)主眼和六個(gè)副眼的結(jié)構(gòu)，類似于蜘蛛的視覺(jué)獲取系統(tǒng)，這種結(jié)構(gòu)保留死角小，在水平方向上幾乎沒(méi)有視覺(jué)盲區(qū)，從而使機(jī)器人對(duì)主眼前方的物體定位功能有大幅提升；同時(shí)由于副眼與主眼之間的配合結(jié)構(gòu)，使機(jī)器人在行走過(guò)程中，能盡可能少地轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)，不僅有效減少能耗，還降低了機(jī)器人處理器對(duì)視頻信息的處理強(qiáng)度，從而使處理器能有更少的信息處理量，以提升機(jī)器人的反應(yīng)速度，保證優(yōu)良的使用性能。