六足仿生機(jī)器人 人們對機(jī)器人的幻想與追求已有3000多年的歷史，人類希望制造一種像人一樣的機(jī)器，以便代替人們完成各種工作。1959年，第一臺工業(yè)機(jī)器人在美國誕生，近幾十年，各種用途的機(jī)器人相繼問世，使人類的許多夢想變?yōu)楝F(xiàn)實。隨著機(jī)器人工作環(huán)境和工作任務(wù)的復(fù)雜化，要求機(jī)器人具備有更高的運(yùn)動靈活性和特殊位置環(huán)境的適應(yīng)性，機(jī)器人簡單的輪子和履帶的移動機(jī)構(gòu)已不能適應(yīng)多變復(fù)雜的環(huán)境要求。在仿生技術(shù)、控制技術(shù)和制造技術(shù)不斷發(fā)展的今天，各種各樣的仿生機(jī)器人相繼被研制出來，仿生機(jī)器人已經(jīng)成為機(jī)器人家族重要的成員。 仿生爬行機(jī)器人是一種基于仿生學(xué)原理研制開發(fā)的新型足式機(jī)器人。與傳統(tǒng)的輪式或者履帶機(jī)器人相比，足式機(jī)器人自由度多，可變性大、結(jié)構(gòu)發(fā)雜、控制繁瑣，但其在運(yùn)動特性方面具有獨特的優(yōu)點：首先是足式機(jī)器人具有較好的機(jī)動性，對不平地面的適應(yīng)能力十分突出，由于其立足點是離散的，與地面的接觸面積較小，因而可以在可能達(dá)到的地面上選擇最優(yōu)支撐點，從而能夠相對容易的通過松軟地面以及跨過比較大的障礙；其次是足式機(jī)器人的運(yùn)動系統(tǒng)可以實現(xiàn)主動隔振，允許機(jī)身運(yùn)動軌跡與足軌跡解耦。盡管地面高低不平，機(jī)身的運(yùn)動仍可達(dá)到相對平穩(wěn)。 推薦精選本課題主要研究的內(nèi)容是一種六足仿生機(jī)器人的機(jī)械機(jī)構(gòu)部分的設(shè)計和分析，圍繞六足仿生機(jī)器人的前沿技術(shù)，主要仿生對象為螞蟻，主要實現(xiàn)機(jī)器人前后左右移動，具有良好的仿生特性，研究具有抗沖擊性以及地形適應(yīng)能力的仿生機(jī)設(shè)計技術(shù)，六足仿生機(jī)器人系統(tǒng)模型；研究六足機(jī)器人適應(yīng)不同地形環(huán)境的能力。研制系統(tǒng)設(shè)計與仿真等核心單元。研制高速、高負(fù)載力、對典型非結(jié)構(gòu)化地形具有高適應(yīng)能力的六足仿生機(jī)器人，并開展系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、地形適應(yīng)能力以及對抗控制實驗驗證。本次設(shè)計的預(yù)期要達(dá)到的效果是可以實現(xiàn)靈活進(jìn)退和轉(zhuǎn)向，跨越障礙物，通過洼地和臺階并且保持平衡防止傾翻，能夠?qū)崿F(xiàn)實時避障，合理規(guī)劃行走路線。 1、技術(shù)方案 一、機(jī)器人功能介紹： a）可實現(xiàn)前進(jìn)后退轉(zhuǎn)彎等基本動作，加裝傳感器后對小障礙物越過、大障礙物繞開，具有遙控模式，可通過無線裝置無線控制。 b）機(jī)器人機(jī)械機(jī)構(gòu)： 舵機(jī)在仿生機(jī)器人中的應(yīng)用：舵機(jī)有體積緊湊，便于安裝，輸出力矩大，穩(wěn)定性好等優(yōu)點。一個放上機(jī)器人，機(jī)器人各個關(guān)節(jié)都有一定的自由度數(shù)，而每個舵機(jī)正是實現(xiàn)其中一個個關(guān)節(jié)在一個自由度上的運(yùn)動。 推薦精選二、機(jī)器人控制系統(tǒng)開發(fā) 機(jī)器人有主體結(jié)構(gòu)和機(jī)械結(jié)構(gòu)后，要想讓他真正運(yùn)動起來以及實現(xiàn)預(yù)期的功能，必須要有控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)是機(jī)器人的中樞神經(jīng)，所以要想實現(xiàn)動作都要通過控制系統(tǒng)來控制機(jī)器人的各個伺服電機(jī)做出相應(yīng)的動作，而傳感器測量到的數(shù)據(jù)都要傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)進(jìn)行處理?？梢哉f一個機(jī)器人的好壞很大程度上取決于控制系統(tǒng)和控制算法設(shè)計的好壞。 三、開發(fā)工具 開發(fā)工具采用Arduino是一種便捷靈活方便上手的開源電子原型平臺，包括硬件和軟件。使用Arduino開發(fā)有很多優(yōu)勢：開放源代碼的電路圖設(shè)計，程序開發(fā)接口免費(fèi)下載，也可以根據(jù)自己需求修改。使用低價格的微處理器控制器，可以采用USB接口供電，不需要外接電源，可以使用外部9VDC輸入；Arduino支持ISP在線燒，可以將新的bootloader固件燒錄AVR芯片；有了bootloader之后，可以通過串口或者USB to Rs232線更新固件；支持多種互動程序。 四、控制系統(tǒng)原理設(shè)計 1、系統(tǒng)控制對象為：伺服電機(jī)、電機(jī)控制器。他們的控制關(guān)系為遞進(jìn)關(guān)系。首先系統(tǒng)軟件控制串口發(fā)送控制字節(jié)到伺服電機(jī)控制器，伺服電機(jī)控制器發(fā)出pwm信號到伺服電機(jī)，伺服電機(jī)根據(jù)驅(qū)動信號運(yùn)轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度。 推薦精選2、為了實現(xiàn)六足機(jī)器人的避障功能，必須要有傳感器來感知障礙物的距離。如超聲波傳感器，紅外傳感器。傳感器通過模擬接口將數(shù)據(jù)發(fā)送到控制板中，控制芯片對信號進(jìn)行處理從而做出相應(yīng)的反應(yīng)，并將動作信號通過pwm接口傳輸?shù)诫姍C(jī)控制板中。通訊功能要采用專門的通訊模塊來實現(xiàn)WiFi，GSM等。 參考文獻(xiàn) 1 張濤 顏國正 劉華 新型微型六足機(jī)器人的運(yùn)動原理及控制程序J計算工程，2006，32（23）241243，246. 2 王倩 陳甫 臧希? 等新型六足機(jī)器人機(jī)構(gòu)與控制系統(tǒng)設(shè)計J.機(jī)械設(shè)計與制造，2008，205（3）148150. 3 楊若霽 陳鋒 六足步行機(jī)器人腿機(jī)構(gòu)傳動系統(tǒng)設(shè)計與仿真J.組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)，2012（3）89-93. 4 姜樹海 孫培 等 仿生甲蟲六足機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計與步態(tài)分析J.南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2012 36（6）115-120. 5 郭少晶 韓寶玲 羅慶生 六足仿生步行機(jī)器人系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的研究J.機(jī)械與電子，2007第四期90-93. 第一作者：姓名：汪航超，性別：男，出生日期：1995.2.10，院系：鄭州大學(xué) 電氣工程。 推薦精選第二作者：姓名：李凱樂，性別：男，出生日期：19910608，院系：鄭州大學(xué) 信息工程學(xué)院。 第三作者：姓名：李益涵，性別：男，出生日期：1996年1月10日，院系：鄭州大學(xué) 化工與能源學(xué)院。 （注：可編輯下載，若有不當(dāng)之處，請指正，謝謝!） 推薦精選