[發明專利]四足機器人的步態規劃方法

有效

• 申請號: 201510368506.2
• 申請日: 2015-06-29
• 公開（公告）號: CN104986241B
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發明（設計）人: 陳騰;郝延哲;宋勇;李貽斌
• 申請（專利權）人: 山東大學（威海）
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明涉及一種四足機器人及其步態規劃方法。

背景技術

現有四足機器人還有很多的缺陷，比如均存在行走不穩定，功能較為單一的特點，大部分都只能在平坦地面行走，沒有應對外界干擾的和躲避障礙物的能力，具有視覺的四足機器人更少。并且具有負載能力的四足機器人體型一般都較大、能耗高，在設計和調試中會有很多麻煩，不利于算法驗證和參數調整，所以設計一個小型四足機器人，方便在實驗室里進行算法驗證，這對四足機器人的研究提供了一種高效的方式。

發明內容

本發明的目的就是為了解決上述問題，提供一種四足機器人及其步態規劃方法，它具有通過建立D-H坐標系、設計運動學方程和求解逆運動學方程，利用ARM單片機作為主控制器，實現機器人步態規劃，并通過多傳感器實現了機器人的穩定性、自動避障和視覺傳輸能力，在Android平臺上設計的上位機可以有地控制機器人的優點。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種四足機器人，包括：機器人的軀干，所述機器人的軀干前端的上方通過機器人頸部連接機器人頭部，所述機器人軀干的下方連接四條腿：第一、第二、第三和第四條腿；其中第一、第二條腿安裝在機器人軀干的前端，第三、第四條腿安裝在機器人軀干的后端；每條腿均包括從下而上依次連接的小腿、大腿、垂直桿和水平桿四個部分；所述小腿與大腿、大腿與垂直桿、垂直桿與水平桿之間均設有舵機；所述軀干上設有控制裝置，控制裝置通過控制舵機來控制機器人的平穩行走。

第一條腿中，小腿與大腿之間通過第一舵機連接，大腿和垂直桿之間通過第二舵機連接，垂直桿與水平桿之間通過第三舵機連接；

第二條腿中，小腿與大腿之間通過第四舵機連接，大腿和垂直桿之間通過第五舵機連接，垂直桿與水平桿之間通過第六舵機連接；

第三條腿中，小腿與大腿之間通過第七舵機連接，大腿和垂直桿之間通過第八舵機連接，垂直桿與水平桿之間通過第九舵機連接；

第四條腿中，小腿與大腿之間通過第十舵機連接，大腿和垂直桿之間通過第十一舵機連接，垂直桿與水平桿之間通過第十二舵機連接；

所述機器人頸部設有第十三舵機；所述機器人頭部設有第十四舵機。

所述第三舵機，也稱水平髖關節，仿照哺乳動物髖部關節的外擺內收功能，負責機器人平行于身體方向的垂直方向運動，是機器人的轉向運動時的驅動源，其旋轉量用θ₀表示。

所述第二舵機，也稱垂直髖關節，仿照哺乳動物的髖關節的前后收腿功能，負責機器人的平行于身體方向的運動，是整個機器人的承重關節，其旋轉量用θ₁表示。

所述第一舵機，也稱膝關節，所述膝關節仿照哺乳動物的膝關節的前后運動關節，負責驅動機器人腿部與地面接觸，是機器人的步態軌跡的最終呈現關節，其旋轉量用θ₂表示。

所述控制裝置包括：單片機STM32，所述單片機STM32分別與十四個舵機、加速度計傳感器和超聲波傳感器連接，所述單片機STM32還通過藍牙模塊與上位機連接，所述單片機 STM32還通過單片機MT7620與網絡攝像頭連接，所述單片機STM32還通過穩壓電路與電源連接，所述單片機STM32還通過單片機MEGA644與OLED液晶顯示屏連接。

所述單片機STM32作為主控芯片是機器人控制的核心，通過定時器模塊產生20ms定時中斷作為機器人的運動周期，通過輸出PWM波控制舵機轉角完成機器人的步態，同時stm32 通過采集加速度計反饋的值得到機器人的姿態，控制機器人的平衡，控制超聲波模塊的定時工作來采集機器人周圍的障礙物情況，同時通過串口和藍牙、mt7620連接來進行通信；

所述電源，用于給單片機供電；

所述穩壓電路，用于提供5v、3.3v、6v不同的電壓分別給傳感器、arm芯片和舵機供電；

所述舵機，用于驅動機器人進行步態行走和頭部搖動；

所述網絡攝像頭，用于遠程監控，傳送機器人周圍的環境信息；

所述單片機MT7620，用于掛載OpenWRT系統以此將攝像頭的圖像通過wifi發送出；

所述加速度計傳感器，安裝在機器人的機體中心位置用于采集機器人實時的姿態；

所述超聲波傳感器，安裝在機器人頭部正上方用于檢測機器人周圍是否有障礙物；

所述單片機MEGA644，用于和stm32通信得到控制信息并解碼后通過液晶顯示；

所述OLED液晶顯示屏，用于顯示機器人當前信息；

所述藍牙模塊，用于和andorid上位機間通信，傳輸指令和數據；