一種軟體四足爬行機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)器人的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種軟體四足爬行機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]目前機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到了包括工業(yè)、民用、軍事等領(lǐng)域，然而傳統(tǒng)的機(jī)器人由于其本體具有非常龐大的機(jī)構(gòu)，并且其組成部件往往采用剛性機(jī)構(gòu)，這很難自主通過狹窄空間，并很難進(jìn)行復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境。因此近年來軟體機(jī)器人受到了極大的青睞，它是機(jī)器人領(lǐng)域的一個非常復(fù)雜的產(chǎn)物，軟體機(jī)器人由于具有自身的柔軟性和可變形性，因此可以產(chǎn)生無限自由度的運(yùn)動，這是傳統(tǒng)機(jī)器人所無法達(dá)到的。目前，針對軟體機(jī)器人的研究在國外受到了極其高度的關(guān)注。例如歐盟的“Octopus”項目和麻省理工學(xué)院發(fā)明的“Soft robot”，國內(nèi)主要是華中科技大學(xué)等科研單位在這方面有一定的研究。軟體機(jī)器人在許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，如在有輻射、有劇毒、地震、狹小管道等不適宜人類工作的場合，這些優(yōu)勢已經(jīng)在部分生產(chǎn)應(yīng)用中得到了充分的證實(shí)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決現(xiàn)有機(jī)器人無法進(jìn)入狹小空間作業(yè)，無法完成環(huán)境復(fù)雜等非結(jié)構(gòu)性環(huán)境中作業(yè)的技術(shù)缺陷，本發(fā)明提供了一種軟體四足爬行機(jī)器人。
[0004]本發(fā)明的軟體爬行機(jī)器人包括機(jī)器人本體和控制系統(tǒng)，機(jī)器人本體包括本體支架、安裝在本體支架上的四條腿，每條腿由并列設(shè)置的四根伸長型氣動肌肉組成；控制系統(tǒng)包括DSP控制模塊、驅(qū)動放大模塊，驅(qū)動放大模塊的輸入端與DSP控制模塊連接，輸出端通過十六個氣動閥與伸長型氣動肌肉連接，氣源連接到氣動閥。
[0005]優(yōu)選的，伸長型氣動肌肉包括橡膠軟管、編織網(wǎng)、接頭，編織網(wǎng)套設(shè)在壓縮的橡膠軟管外面，橡膠軟管和編織網(wǎng)的兩端通過接頭固定在一起。
[0006]優(yōu)選的，四根伸長型氣動肌肉通過氣動肌肉連接器連接，氣動肌肉連接器上開有四個通孔，通孔的直徑和伸長型氣動肌肉的外徑相等。
[0007]優(yōu)選的，本體支架上設(shè)置有與氣動肌肉連接器上的通孔相對應(yīng)的開孔。
[0008]優(yōu)選的，控制系統(tǒng)還包括藍(lán)牙通訊模塊、上位機(jī)控制模塊，藍(lán)牙通訊模塊通過藍(lán)牙信號分別與DSP控制模塊和上位機(jī)控制模塊連接。
[0009]優(yōu)選的，DSP控制模塊上設(shè)置有十六個1/0接口，1/0接口輸出PWM波以控制伸長型氣動肌肉的伸長量。
[0010]優(yōu)選的，控制系統(tǒng)通過氣動導(dǎo)管連接到機(jī)器人本體上，氣動導(dǎo)管的一端連接到氣動閥，另一端連接到伸長型氣動肌肉。
[0011]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明的軟體四足爬行機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡單、體積較小，能夠進(jìn)入狹小空間，完成復(fù)雜環(huán)境中的作業(yè)；通過控制不同的伸長型氣動肌肉伸長或者回復(fù)原位置，則可以實(shí)現(xiàn)四足機(jī)器人的前進(jìn)和后退。本發(fā)明采用DSP作為處理器，伸長型氣動肌肉作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了軟體四足機(jī)器人的運(yùn)動。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明軟體四足爬行機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2為本發(fā)明軟體四足爬行機(jī)器人的伸長型氣動肌肉的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖3為本發(fā)明軟體四足爬行機(jī)器人腿部分的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖4為本發(fā)明軟體四足爬行機(jī)器人的本體支架的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖5為本發(fā)明軟體四足爬行機(jī)器人的氣動肌肉連接器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖6為本發(fā)明的軟體四足爬行機(jī)器人的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0018]1、本體支架；1_1、開孔；2、腿；3、伸長型氣動肌肉；3_1、橡膠軟管；3_2、編織網(wǎng)；3-3、接頭；4、DSP控制模塊；5、驅(qū)動放大模塊；6、氣動閥；7、氣動肌肉連接器；7_1、通孔；8、藍(lán)牙通訊模塊；9、上位機(jī)控制模塊；10、氣動導(dǎo)管。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)解釋說明。
[0020]如圖1-3所示，一種軟體四足爬行機(jī)器人，該機(jī)器人包括機(jī)器人本體和控制系統(tǒng)，機(jī)器人本體包括本體支架1、安裝在本體支架1上的四條腿2，每條腿2由并列設(shè)置的四根伸長型氣動肌肉3組成；控制系統(tǒng)包括DSP控制模塊4、驅(qū)動放大模塊5，驅(qū)動放大模塊5的輸入端分別與DSP控制模塊4連接，輸出端通過十六個氣動閥6與伸長型氣動肌肉3連接，氣源連接到氣動閥。
[0021]本發(fā)明的軟體四足爬行機(jī)器人的四條腿中每條腿2由四根伸長型氣動肌肉3組成，共十六根伸長型氣動肌肉3。機(jī)器人的四條腿2安裝在的本體支架1上，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的前進(jìn)和后退。DSP控制模塊4輸出信號，信號經(jīng)驅(qū)動放大模塊5后放大并驅(qū)動氣動閥6，以控制不同伸長型氣動肌肉3的伸長量，不同的伸長型氣動肌肉3伸長或者回復(fù)原位置，則可以實(shí)現(xiàn)四足爬行機(jī)器人的前進(jìn)和后退。
[0022]優(yōu)選的，伸長型氣動肌肉3包括橡膠軟管3-1、編織網(wǎng)3-2、接頭3-3，編織網(wǎng)3-2套設(shè)在壓縮的橡膠軟管3-1外面，橡膠軟管3-1和編織網(wǎng)3-2的兩端通過接頭3-3固定在一起。
[0023]橡膠軟管3-1具有一定的彈性。編織網(wǎng)3-2為尼龍編織網(wǎng)。伸長型氣動肌肉3通過將兩個接頭3-3分別放入橡膠軟管3-1的兩頭，選擇尼龍編制網(wǎng)將橡膠軟管3-1在壓縮的狀態(tài)下，使用扎帶將橡膠軟管3-1和尼龍編織網(wǎng)3-2固定在接頭3-3上，然后使用氣動堵頭將其中一端堵住，這樣，在另外一端加氣壓，則氣動肌肉有一定的伸長量，為了保證氣動肌肉為加氣伸長的，需要在制作時首先保證尼龍編織網(wǎng)的長度大于橡膠軟管3-1的長度，橡膠軟管3-1處于自然壓縮的狀態(tài)下?？筛鶕?jù)該機(jī)器人工作行程和負(fù)載能力確定氣動肌肉的長度和直徑。
[0024]優(yōu)選的，四根伸長型氣動肌肉3通過氣動肌肉連接器7連接，氣動肌肉連接器7上開有四個通孔7-1，通孔7-1的直徑和伸長型氣動肌肉3的外徑相等。本體支架1上設(shè)置有與氣動肌肉連接器7上的通孔7-1相對應(yīng)的開孔1-1。
[0025]每條腿2的四根伸長型氣動肌肉3使用氣動肌肉連接器7連接，定義其為機(jī)器人的一條腿2，機(jī)器人的四條腿2安裝在機(jī)器人的本體支架1上。四根伸長型氣動肌肉3通過兩個氣動肌肉連接器7連接在一起，四根伸長型氣動肌肉3通過氣動肌肉連接器7上的四個通孔7-1，一個氣動肌肉連接器7位于伸長型氣動肌肉3的中間部位，另一個氣動肌肉連接器7位于伸長型氣動肌肉3的頂端。伸長型氣動肌肉3的頂端連接的氣動導(dǎo)管10穿過本體支架1上的開孔1-1。組成一條腿四根伸長型氣動肌肉3外部套有橡膠軟管，任何一根伸長型氣動肌肉3通氣時，會帶動外部的橡膠軟管向外側(cè)伸長。位于伸長型氣動肌肉3頂端的氣動肌肉連接器7與本體支架1通過螺釘固定在一起，氣動肌肉連接器7和本體支架1上還開有螺釘通過的孔。
[0026]優(yōu)選的，該機(jī)器人的控制系統(tǒng)還包括藍(lán)牙通訊模塊8、上位機(jī)控制模塊9，藍(lán)牙通訊模塊8通過藍(lán)牙信號分別與DSP控制模塊4和上位機(jī)控制模塊9連接。設(shè)置藍(lán)牙通訊模塊8和上位機(jī)控制模塊9，以便于在遠(yuǎn)端控制機(jī)器人的運(yùn)動。
[0027]優(yōu)選的，DSP控制模塊4上設(shè)置有十六個I/O接口，I/O接口輸出PWM波以控制伸長型氣動肌肉3的伸長量。十六個I/O接口 10輸出PWM波形，將PWM波形采用驅(qū)動放大模塊5中的UL2003芯片放大以驅(qū)動十六個氣動閥6，氣動閥6為兩位三通氣動閥，其中一端是封閉的。氣動閥6生成連續(xù)可調(diào)的PWM波以控制伸長型氣動肌肉3內(nèi)部的氣壓值，從而控制伸長型氣動肌肉3的伸長量。
[0028]優(yōu)選的，該機(jī)器人的控制系統(tǒng)通過氣動導(dǎo)管10連接到機(jī)器人本體上，氣動導(dǎo)管10的一端連接到氣動閥6，另一端連接到伸長型氣動肌肉3。DSP控制模塊4控制PWM的占空比即可控制伸長型氣動肌肉3的伸長量，通過選擇合適的時機(jī)控制不同的伸長型氣動肌肉3伸長或者回復(fù)原位置，則可以實(shí)現(xiàn)四足機(jī)器人的前進(jìn)和后退。
[0029]本發(fā)明的機(jī)器人在動作時，腿2中的一條腿L4中兩根伸長型氣動肌肉3和一條腿L2中兩根伸長型氣動肌肉3上加入一定氣壓使之伸長，這樣會使得機(jī)器人的腿L4和L2離開地面，并且跳躍一段距離，然后靠另外兩條腿L3和L1，支撐整個身體。其次，在腿L4另外兩根伸長型氣動肌肉3和腿L2另外兩根伸長型氣動肌肉3中輸入一定的氣壓使這四根氣動肌肉伸長。接著，控制腿L4和L2另外的四根伸長型氣動肌肉3，使之伸長，這樣可以調(diào)整腿L2和L4的方向，如此循環(huán)，則可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的持續(xù)前進(jìn)，同理，可以利用機(jī)器人的腿L3和L1實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的另外一個方向前進(jìn)和后退。該機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)平面上的兩自由度運(yùn)動。
[0030]本發(fā)明機(jī)器人中的伸長型氣動肌肉的制作成本較低，結(jié)構(gòu)簡單，承載能力強(qiáng)，并且，該機(jī)器人的控制系統(tǒng)簡約、成本較廉。本發(fā)明的機(jī)器人應(yīng)用于軍事領(lǐng)域的障礙掃除、災(zāi)難救助、地質(zhì)勘探等場合。
[0031]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明實(shí)質(zhì)內(nèi)容上所作的任何修改、等同替換和簡單改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種軟體四足爬行機(jī)器人，其特征在于，該機(jī)器人包括機(jī)器人本體和控制系統(tǒng)，機(jī)器人本體包括本體支架(1)、安裝在本體支架上的四條腿(2)，每條腿由并列設(shè)置的四根伸長型氣動肌肉⑶組成；控制系統(tǒng)包括DSP控制模塊(4)、驅(qū)動放大模塊(5)，驅(qū)動放大模塊的輸入端與DSP控制模塊連接，輸出端通過十六個氣動閥(6)與伸長型氣動肌肉連接，氣源連接到氣動閥。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟體四足爬行機(jī)器人，其特征在于，伸長型氣動肌肉包括橡膠軟管(3-1)、編織網(wǎng)(3-2)、接頭(3-3)，編織網(wǎng)套設(shè)在壓縮的橡膠軟管外面，橡膠軟管和編織網(wǎng)的兩端通過接頭固定在一起。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟體四足爬行機(jī)器人，其特征在于，四根伸長型氣動肌肉通過氣動肌肉連接器(7)連接，氣動肌肉連接器上開有四個通孔(7-1)，通孔的直徑和伸長型氣動肌肉的外徑相等。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的軟體四足爬行機(jī)器人，其特征在于，本體支架上設(shè)置有與氣動肌肉連接器上的通孔相對應(yīng)的開孔(1-1)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟體四足爬行機(jī)器人，其特征在于，控制系統(tǒng)還包括藍(lán)牙通訊模塊(8)、上位機(jī)控制模塊(9)，藍(lán)牙通訊模塊通過藍(lán)牙信號分別與DSP控制模塊和上位機(jī)控制模塊連接。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟體四足爬行機(jī)器人，其特征在于，DSP控制模塊上設(shè)置有十六個I/o接口，I/O接口輸出PWM波以控制伸長型氣動肌肉的伸長量。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟體四足爬行機(jī)器人，其特征在于，控制系統(tǒng)通過氣動導(dǎo)管(10)連接到機(jī)器人本體上，氣動導(dǎo)管的一端連接到氣動閥，另一端連接到伸長型氣動肌肉。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種軟體四足爬行機(jī)器人，該機(jī)器人包括機(jī)器人本體和控制系統(tǒng)，機(jī)器人本體包括本體支架、安裝在本體支架上的四條腿，每條腿由并列設(shè)置的四根伸長型氣動肌肉組成；控制系統(tǒng)包括DSP控制模塊、驅(qū)動放大模塊，驅(qū)動放大模塊的輸入端與DSP控制模塊連接，輸出端通過十六個氣動閥與伸長型氣動肌肉連接，氣源連接到氣動閥。本發(fā)明的軟體四足爬行機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡單、體積較小，能夠進(jìn)入狹小空間，完成復(fù)雜環(huán)境中的作業(yè)；通過控制不同的伸長型氣動肌肉伸長或者回復(fù)原位置，則可以實(shí)現(xiàn)四足機(jī)器人的前進(jìn)和后退。本發(fā)明采用DSP作為處理器，伸長型氣動肌肉作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了軟體四足機(jī)器人的運(yùn)動。
【IPC分類】B62D57/032
【公開號】CN105346619
【申請?zhí)枴緾N201510906434
【發(fā)明人】鄭天江
【申請人】寧波高新區(qū)新誠電子有限公司
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年12月9日