[發(fā)明專(zhuān)利]一種仿生六足機(jī)器人控制系統(tǒng)及控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410653477.X
• 申請(qǐng)日: 2014-11-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104460672A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尤波;時(shí)洋;許家忠;李東潔;李佳鈺;李智
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G05D1/02
• 分類(lèi)號(hào): G05D1/02;G05B19/18
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 岳泉清

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及仿生六足機(jī)器人控制系統(tǒng)及控制方法。屬于機(jī)器人控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在地球陸地表面，崎嶇不平的山丘和溝壑等復(fù)雜地面占50％以上，履帶式和輪式機(jī)械往往很難通過(guò)這些復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)環(huán)境，而多足生物卻能夠在這些不規(guī)則路面上行走自如。為提高人類(lèi)在自然界的工作能力和擴(kuò)大所能探索到的活動(dòng)空間，需要研究模擬生物運(yùn)動(dòng)機(jī)能的步行機(jī)器人，因此多足步行機(jī)器人的研究被給予了很大關(guān)注。環(huán)境和任務(wù)復(fù)雜性要求機(jī)器人具有良好的適應(yīng)能力和靈活的移動(dòng)能力，六足機(jī)器人具有多關(guān)節(jié)冗余自由度與多支鏈運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，長(zhǎng)期以來(lái)其在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下的協(xié)調(diào)穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)技術(shù)一直是機(jī)器人控制領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的履帶式和輪式機(jī)械在復(fù)雜環(huán)境下行走困難的問(wèn)題。現(xiàn)提供一種仿生六足機(jī)器人控制系統(tǒng)及控制方法。

一種仿生六足機(jī)器人控制系統(tǒng)，它包括基座和六條機(jī)器臂，所述基座和六條機(jī)器臂組成六足機(jī)器人，它還包括遙控操作單元、外部通信單元、主控單元、攝像頭和GPS模塊、驅(qū)動(dòng)控制單元、UMAC運(yùn)動(dòng)控制單元和限位開(kāi)關(guān)單元，

每條機(jī)器臂上包括3個(gè)關(guān)節(jié)，每個(gè)關(guān)節(jié)用1個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所述限位開(kāi)關(guān)單元位于每條機(jī)器臂末端的關(guān)節(jié)上，所述主控單元、攝像頭和GPS模塊和UMAC運(yùn)動(dòng)控制單元均位于基座的內(nèi)部，所述的限位開(kāi)關(guān)單元由6組限位裝置組成，每組限位裝置固定在一條機(jī)器臂末端的套筒上；

所述遙控操作單元與外部通信單元之間通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，外部通信單元與主控單元通過(guò)USB串行接口連接，主控單元通過(guò)RS485總線(xiàn)方式與攝像頭實(shí)現(xiàn)連接，同時(shí)，主控單元過(guò)RS232總線(xiàn)方式與GPS模塊實(shí)現(xiàn)連接，主控單元通過(guò)以太網(wǎng)與UMAC運(yùn)動(dòng)控制單元連接，UMAC運(yùn)動(dòng)控制單元的控制信號(hào)輸出端連接驅(qū)動(dòng)控制單元的控制信號(hào)輸入端，UMAC運(yùn)動(dòng)控制單元的反饋信號(hào)輸入端連接驅(qū)動(dòng)控制單元的反饋信號(hào)輸出端，UMAC運(yùn)動(dòng)控制單元的多個(gè)位置信號(hào)輸入端分別連接限位開(kāi)關(guān)單元的多個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)輸出端。

根據(jù)一種仿生六足機(jī)器人控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的控制方法，該方法包括的內(nèi)容為：

遙控操作單元通過(guò)無(wú)線(xiàn)路由和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡以無(wú)線(xiàn)的方式給主控單元發(fā)送操作指令并實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)，傳感器單元均用于采集機(jī)器人行走時(shí)的傳感器信息，主控單元以以太網(wǎng)的方式給UMAC運(yùn)動(dòng)控制器發(fā)送操控機(jī)器人行走的命令，控制6個(gè)足端觸地開(kāi)關(guān)和6個(gè)足端壓實(shí)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，確定足端是離開(kāi)地面還是壓實(shí)地面，并控制驅(qū)動(dòng)控制單元內(nèi)的18個(gè)伺服電機(jī)的協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)電機(jī)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)機(jī)器人擺動(dòng)腿和支撐腿的來(lái)回切換，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在非結(jié)構(gòu)復(fù)雜環(huán)境中的穩(wěn)定行走。

UMAC運(yùn)動(dòng)控制器通過(guò)驅(qū)動(dòng)18個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器帶動(dòng)18個(gè)伺服電機(jī)的協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)六個(gè)機(jī)器臂運(yùn)動(dòng)的流程為：

步驟一、UMAC運(yùn)動(dòng)控制器上電啟動(dòng)，接收18個(gè)伺服電機(jī)的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)指令，UMAC運(yùn)動(dòng)控制器分別控制6個(gè)機(jī)器臂的6個(gè)足端與地面間產(chǎn)生相互作用力，執(zhí)行步驟二，

步驟二、判斷6個(gè)機(jī)器臂足端上的6個(gè)足端壓實(shí)開(kāi)關(guān)是否都被觸發(fā)，如果是，則執(zhí)行步驟四，如果否，則執(zhí)行步驟三，

步驟三、觸發(fā)未被觸發(fā)的壓實(shí)開(kāi)關(guān)，執(zhí)行步驟四，

步驟四、6條機(jī)器臂被劃分為擺動(dòng)機(jī)器臂和支撐機(jī)器臂，UMAC運(yùn)動(dòng)控制器控制擺動(dòng)機(jī)器臂足端上的觸地開(kāi)關(guān)擋板觸發(fā)足端觸地開(kāi)關(guān)，執(zhí)行步驟五，

步驟五、擺動(dòng)機(jī)器臂上的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)向前擺動(dòng)，支撐機(jī)器臂上的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)向后支撐，執(zhí)行步驟六，

步驟六、判斷擺動(dòng)機(jī)器臂足端上的足端壓實(shí)開(kāi)關(guān)是否被觸發(fā)，如果是，則執(zhí)行步驟七，如果否，則執(zhí)行步驟五，

步驟七、停止足端壓實(shí)開(kāi)關(guān)被觸發(fā)的擺動(dòng)機(jī)器臂足端向前擺動(dòng)，停止支撐機(jī)器臂向后支撐，執(zhí)行步驟八，

步驟八、等待所有擺動(dòng)機(jī)器臂運(yùn)動(dòng)結(jié)束后，判斷是否有機(jī)器人行走結(jié)束指令，如果是，則執(zhí)行步驟九，如果否，則重復(fù)執(zhí)行步驟四、步驟五、步驟六和步驟七，

步驟九、機(jī)器人停止行走。