[發(fā)明專(zhuān)利]基于Arduino的步行式機(jī)器人及其控制方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011395005.0
• 申請(qǐng)日: 2020-12-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112526996A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙若楠;邵雪卷;韓濤;曹瑞;張弛;梁曉軍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 太原科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G05D1/02
• 分類(lèi)號(hào): G05D1/02;G05D1/00;B62D57/032
• 代理公司: 廣東有知貓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44681
• 代理人: 李志海

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于Arduino的步行式機(jī)器人，包括：串聯(lián)腿部模塊，由至少兩段腿部肢節(jié)鉸接而成，用于支撐和完成行走動(dòng)作；舵機(jī)模塊，安裝于串聯(lián)腿部模塊鉸接點(diǎn)，分別用于驅(qū)動(dòng)各個(gè)腿部肢節(jié)獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)；超聲波模塊，用于探測(cè)機(jī)器人周?chē)系K物；中央控制模塊，用于控制舵機(jī)模塊和超聲波模塊；電源模塊，與中央控制模塊聯(lián)通并為超聲波模塊和舵機(jī)模塊供電。本發(fā)明通過(guò)中央控制模塊控制串聯(lián)腿部模塊鉸接點(diǎn)處的舵機(jī)模塊，實(shí)現(xiàn)多足機(jī)器人腿部的運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)機(jī)器人移動(dòng)，配合超聲波模塊的實(shí)現(xiàn)在各種地形和環(huán)境下的位移，并通過(guò)舵機(jī)動(dòng)作角度的計(jì)算和輸出，配合足端的擺線(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡，實(shí)現(xiàn)串聯(lián)腿部模塊的運(yùn)動(dòng)，完全模擬生物關(guān)節(jié)的擬真動(dòng)作，提高機(jī)器人行走的穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于Arduino的步行式機(jī)器人及其控制方法，屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

對(duì)機(jī)器人的研究已經(jīng)越來(lái)越受社會(huì)的重視，近年來(lái)，人工智能快速發(fā)展，又加快了人們對(duì)機(jī)器人功能的開(kāi)發(fā)。移動(dòng)機(jī)器人一直都是該領(lǐng)域研究的熱潮，自主規(guī)劃路徑的小車(chē)、自主完成任務(wù)的無(wú)人機(jī)還有自主搬運(yùn)貨物的移動(dòng)機(jī)器人早已廣泛應(yīng)用于生活、生產(chǎn)中。

對(duì)于平坦的地形，這些自主移動(dòng)的機(jī)器人可以輕松、快捷、平穩(wěn)的完成任務(wù)，但是，對(duì)于復(fù)雜地形的移動(dòng)，輪式機(jī)器人難以行進(jìn)，不能很好的執(zhí)行編輯的任務(wù)，亟需一種擬步行走的機(jī)器人完成智能任務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于Arduino的步行式機(jī)器人及其控制方法，該機(jī)器人及其控制方法解決了現(xiàn)有技術(shù)中輪式機(jī)器人面對(duì)復(fù)雜的地形和環(huán)境，行進(jìn)困難、適用性差的問(wèn)題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于Arduino的步行式機(jī)器人，包括：

串聯(lián)腿部模塊，由至少兩段腿部肢節(jié)鉸接而成，用于支撐和完成行走動(dòng)作；

舵機(jī)模塊，安裝于串聯(lián)腿部模塊鉸接點(diǎn)，分別用于驅(qū)動(dòng)各個(gè)腿部肢節(jié)獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)；

超聲波模塊，用于探測(cè)機(jī)器人周?chē)系K物；

中央控制模塊，用于控制舵機(jī)模塊和超聲波模塊；

電源模塊，與中央控制模塊聯(lián)通并為超聲波模塊和舵機(jī)模塊供電。

上述技術(shù)方案中進(jìn)一步改進(jìn)的方案如下：

1.上述方案中，所述串聯(lián)腿部模塊由一段上部腿部肢節(jié)和一段下部腿部肢節(jié)鉸接而成，每個(gè)腿部肢節(jié)上具有一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)的舵機(jī)模塊。

2.上述方案中，所述串聯(lián)腿部模塊為四個(gè)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供了一種基于Arduino的步行式機(jī)器人的控制方法，包括以下步驟：

設(shè)置足端坐標(biāo)(x，y)，測(cè)量得到I₁為下部腿部肢節(jié)長(zhǎng)度，測(cè)量得到I₂為上部腿部肢節(jié)長(zhǎng)度，將下部腿部肢節(jié)的足端放于坐標(biāo)系原點(diǎn)，原點(diǎn)至上部腿部肢節(jié)頂點(diǎn)的長(zhǎng)度為：

其中x和y分別為上部(小腿)腿部肢節(jié)頂點(diǎn)于坐標(biāo)系中的數(shù)值，中央控制模塊(4)即可算出上部(小腿)腿部肢節(jié)角度為：

采用余弦定理算出原點(diǎn)至上部腿部肢節(jié)頂點(diǎn)連線(xiàn)與下部腿部肢節(jié)夾角為：

根據(jù)三角函數(shù)定理，中央控制模塊即可算出上部腿部肢節(jié)角度為：

根據(jù)下部腿部肢節(jié)和上部腿部肢節(jié)角度信息，中央控制模塊控制舵機(jī)模塊輸出相應(yīng)的角度值，驅(qū)動(dòng)串聯(lián)腿部模塊動(dòng)作。

上述技術(shù)方案中進(jìn)一步改進(jìn)的方案如下：