關(guān)鍵詞：機(jī)器人；輪腿式；電子控制
引言
機(jī)器人是給人提供便當(dāng)或拓展人活動(dòng)范圍的工具：提供便當(dāng)，諸如掃地機(jī)器人；拓展人的活動(dòng)范圍，諸如科考類機(jī)器人。在自然和人類社會(huì)中，存在一些人類無(wú)法抵達(dá)的中央及不合適人類到達(dá)的場(chǎng)所，如災(zāi)難發(fā)作的礦井、防災(zāi)救援和反恐等。
與雙足和四足機(jī)器人相比，六足和八足機(jī)器人具有共同的非連續(xù)支撐行走方式，即在某條腿失穩(wěn)狀況下機(jī)器人仍具有良好的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性，同時(shí)具有不同的步態(tài)以應(yīng)對(duì)不同的地形環(huán)境；與八足機(jī)器人相比，六足具有相對(duì)簡(jiǎn)單的機(jī)械構(gòu)造，同時(shí)也使得控制算法生成較便當(dāng)能夠預(yù)見(jiàn)，這些優(yōu)點(diǎn)將使六足機(jī)器人成為在復(fù)雜環(huán)境下機(jī)器人作業(yè)的最佳選擇。
同時(shí)，采用六足在需求時(shí)可將其中的兩足轉(zhuǎn)化成操作臂，停止手臂操作。因而，對(duì)六足機(jī)器人的研討具有深遠(yuǎn)的理論價(jià)值和工程應(yīng)意圖義。
因而課題停止研討的是一款陸地挪動(dòng)機(jī)器人――多功用六足輪腿式機(jī)器人。所述多功用六足輪腿式機(jī)器人，輪腿交融并且腿臂可轉(zhuǎn)換，將在救援行動(dòng)和探測(cè)活動(dòng)中得到普遍應(yīng)用；假如在機(jī)器人上搭載更多的模塊，其將具有更多的功用并能夠被應(yīng)用在更多的范疇中。
1.機(jī)器人機(jī)械本體設(shè)計(jì)
1.1+六足輪腿設(shè)計(jì)
依據(jù)對(duì)昆蟲生理構(gòu)造的剖析，依據(jù)仿生學(xué)的學(xué)問(wèn)設(shè)計(jì)了如圖1中左圖所示六足機(jī)器人。該機(jī)器人由6條腿和機(jī)器人本體構(gòu)成，6條腿分別散布在機(jī)器人本體兩側(cè)，每側(cè)三條腿。如今以編號(hào)為②的腿停止腿部構(gòu)造的細(xì)致引見(jiàn)。腿部由連桿CE、CB、AB組成，在C、B、A處分別經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副銜接，腿在A處經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副與主體相連。在這一腿部機(jī)構(gòu)中CE最長(zhǎng)、CB長(zhǎng)度中等、BA長(zhǎng)度最短，以此模仿六足類昆蟲腿部的真實(shí)狀況，便于模仿昆蟲實(shí)踐運(yùn)動(dòng)方式。
對(duì)機(jī)器人腿的自在度停止剖析，以腿②為例，該腿部機(jī)構(gòu)中，活動(dòng)構(gòu)件數(shù)為3，運(yùn)動(dòng)副中低副的個(gè)數(shù)為3，高副的個(gè)數(shù)為0，因而該機(jī)構(gòu)的自度為：
F%3D3n-2Pl-Ph%3D3×3-2×3-1×0%3D3
因而該腿部機(jī)構(gòu)的自在度為3，要使連桿AB、BC、CE取得肯定的運(yùn)動(dòng)，需求添加3個(gè)驅(qū)動(dòng)。因而在A、B、C三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副處添加電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)，即通%5E控制3個(gè)電動(dòng)機(jī)即可使整個(gè)機(jī)構(gòu)如昆蟲的足一樣前后挪動(dòng)，同理剩余的5條腿也是如此運(yùn)動(dòng)。至此，基于模仿昆蟲運(yùn)動(dòng)，完成了六足機(jī)器人機(jī)械本體的設(shè)計(jì)。
由于機(jī)器人執(zhí)行任務(wù)的需求，需求在抵達(dá)指定位置時(shí)停止一些抓取操作。但為了停止抓取操作再添加操作臂則顯得太過(guò)于復(fù)雜，因而將機(jī)器人腿與操作臂停止分離設(shè)計(jì)，機(jī)器人前部的腿①與腿⑥能夠轉(zhuǎn)換成機(jī)械臂，后部的4條腿用于支撐，將前部的腿轉(zhuǎn)換成操作臂停止抓取操作。
設(shè)計(jì)的機(jī)器人經(jīng)過(guò)機(jī)械腿和輪式構(gòu)造停止挪動(dòng)，前部的兩條腿能夠轉(zhuǎn)換成機(jī)械臂停止夾持操作。在平緩的公路上機(jī)器人能夠經(jīng)過(guò)輪式構(gòu)造挪動(dòng)，在坎坷的路面上能夠經(jīng)過(guò)機(jī)械足停止挪動(dòng)，這樣的設(shè)計(jì)大大進(jìn)步了挪動(dòng)效率。
1.2+操作臂設(shè)計(jì)
如2.1所述，腿①與腿⑥能夠從腿部構(gòu)造轉(zhuǎn)換為操作臂，在腿部構(gòu)造的末端F處能夠添加夾持手。設(shè)計(jì)該夾持機(jī)構(gòu)時(shí)以構(gòu)造簡(jiǎn)單、能停止簡(jiǎn)單操作為準(zhǔn)繩，在設(shè)計(jì)時(shí)模仿螃蟹的夾持手。
依據(jù)仿生學(xué)學(xué)問(wèn)設(shè)計(jì)如圖2所示的夾持手，該夾持手由上下兩局部對(duì)稱的夾持指組成，下面以上部夾持指為例停止細(xì)致的闡明。該夾持手由連桿OJ、JL、NK組成在O、J、K、N處分別經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副銜接，O、N處轉(zhuǎn)動(dòng)副與夾持手基座相連。下部夾持指的構(gòu)造與上部夾持手完整一樣。上下兩個(gè)夾持指經(jīng)過(guò)兩個(gè)齒輪銜接，兩個(gè)齒輪分別與連桿OJ、PH固連，即齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)兩個(gè)連桿也隨之一同運(yùn)動(dòng)。%0D%0A%0D%0A對(duì)該夾持機(jī)構(gòu)的自在度停止剖析，以便肯定原動(dòng)件數(shù)目，以及需求幾電機(jī)驅(qū)動(dòng)。該機(jī)構(gòu)中，活動(dòng)構(gòu)件數(shù)為6，運(yùn)動(dòng)副中低副的個(gè)數(shù)為8，高副的個(gè)數(shù)為1，因而該機(jī)構(gòu)的自度為：
F%3D3n-2Pl-Ph%3D3×6-2×8-1×1%3D1
因而該機(jī)構(gòu)的自在度為1，需求一個(gè)電機(jī)停止驅(qū)動(dòng)。在轉(zhuǎn)動(dòng)副O(jiān)處添加電機(jī)，使齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)連桿OJ轉(zhuǎn)動(dòng)；經(jīng)過(guò)嚙合的齒輪使得下部連桿PH也轉(zhuǎn)動(dòng)，最終即可完成夾持指末端LM的張開(kāi)和夾緊，即可完成對(duì)物體的抓取操作。夾持手經(jīng)過(guò)灰色框線表示的夾持手基座與機(jī)器人足末端相連。當(dāng)LM接觸，即夾持指并攏時(shí)作為機(jī)器人足能夠行走；當(dāng)腿①、⑥抬起時(shí)，即可停止抓取操作。至此，完成了六足機(jī)器人操作臂夾持手的設(shè)計(jì)。
2.機(jī)器人電子控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1+電子系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)
為了可以讓機(jī)器人有運(yùn)動(dòng)的能量，需求在機(jī)器人本體上布置電池功用模塊；為了控制各個(gè)電機(jī)依照指定指令運(yùn)動(dòng)，需求布置電機(jī)控制器模塊；為了對(duì)機(jī)器人停止遠(yuǎn)程控制、與外部環(huán)境停止交互，需求在機(jī)器人上添加一些交互設(shè)備。
機(jī)器人電子系統(tǒng)整體如圖3所示，驅(qū)動(dòng)電機(jī)布置在各個(gè)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)處，經(jīng)過(guò)線纜與電機(jī)控制器相連；其他電子設(shè)備均集中安放在機(jī)器人本體處。機(jī)器人本體分為上中下3層，分別為設(shè)備、控制器和電池。
2.2+控制及交互設(shè)計(jì)
對(duì)電機(jī)控制、設(shè)備等各局部停止細(xì)致地設(shè)計(jì)闡明。
電機(jī)控制模塊：電機(jī)裝置在各個(gè)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)處。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)有自主和遠(yuǎn)程控制兩種運(yùn)動(dòng)形式，自主運(yùn)動(dòng)形式是不需求外界實(shí)時(shí)給機(jī)器人運(yùn)動(dòng)指令，機(jī)器人能夠自行運(yùn)動(dòng)；遠(yuǎn)程控制是經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)程控制軟件實(shí)時(shí)給機(jī)器人發(fā)送運(yùn)動(dòng)指令。同時(shí)還能夠控制機(jī)器人前部的兩個(gè)腿變換為操作臂，并經(jīng)過(guò)末端的夾持器完成對(duì)物體的夾取。
語(yǔ)音與圖像交互模塊：麥克風(fēng)與攝像頭裝置在機(jī)器人本體最上層，經(jīng)過(guò)麥克風(fēng)、攝像頭可停止語(yǔ)音和圖像的交流。災(zāi)禍發(fā)作需求救援被困人員時(shí)，能夠讓機(jī)器人進(jìn)入一些人無(wú)法進(jìn)入的狹小空間。
手勢(shì)辨認(rèn)及地圖重建模塊：添加現(xiàn)有的一些3D體感攝像機(jī)，經(jīng)過(guò)攝像機(jī)捕捉并剖析得到人手的手勢(shì)動(dòng)作，將捕捉到的手勢(shì)與之前程序中預(yù)設(shè)的停止比對(duì)，再讓機(jī)器人停止相應(yīng)的操作。無(wú)線模塊：在機(jī)器人本體最上層裝置天線，經(jīng)過(guò)此天線完成機(jī)器人各種設(shè)備、電機(jī)控制器與遠(yuǎn)程控制軟件之間的通訊；遠(yuǎn)程控制能夠經(jīng)過(guò)電腦控制程序完成。
結(jié)論
本文運(yùn)用仿生學(xué)的學(xué)問(wèn)，經(jīng)過(guò)模仿足形昆蟲腿式構(gòu)造，并且分離輪式機(jī)器人的特性，設(shè)計(jì)了一種多功用輪腿式六足機(jī)器人。該機(jī)器人可采用足式與和輪式兩種行走方式在兩個(gè)足末端裝置有夾持手可停止抓取操作。經(jīng)過(guò)裝置3D體感攝像機(jī)等設(shè)備，完成與外部的語(yǔ)音圖像交互以及手勢(shì)操控、地圖重建等功用。所設(shè)計(jì)的機(jī)器人構(gòu)造新穎、功用豐厚，具有很強(qiáng)的適用價(jià)值。
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