十七自由度人形機(jī)器人及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及機(jī)器人控制領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種十走自由度人形機(jī)器人及其控制方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前智能機(jī)器人的應(yīng)用越來越多，其中，輪式移動(dòng)機(jī)器人即智能車的應(yīng)用非常普 遍，其控制策略與方法日趨完善，但是，仿人行機(jī)器人由于其控制策略與方法復(fù)雜，抗干擾 能力差并沒有得到開發(fā)。本發(fā)明旨在提出一種建立在十走自由度人形機(jī)器人上的控制策略 與方法。
[0003] 本發(fā)明采用一種十走自由度人形機(jī)器人為載體，所述載體由申請?zhí)枮?CN201420296289. 1，公告號為 CN203901300U 的專利提出。
[0004] 申請?zhí)枮镃N201320544567. 6的專利，公開了一種巡線軌跡車，所述小車通過跨設(shè) 于黑色路線標(biāo)識(shí)兩側(cè)的第一紅外反射傳感組件和第二紅外反射傳感組件對行走路線進(jìn)行 采集，從而實(shí)施控制策略。
[0005] 申請?zhí)枮镃N201210454395. 3的專利，公開了一種利用傳感器巡線的新型智能小 車，該專利的巡線部分使用的是灰度傳感器，所述小車設(shè)有前后兩排傳感器，每排4個(gè)。兩 側(cè)的兩個(gè)傳感器負(fù)責(zé)檢測路口信號，指導(dǎo)小車轉(zhuǎn)彎；中間兩個(gè)傳感器跨設(shè)于黑色路線標(biāo)識(shí) 兩側(cè)，對路線進(jìn)行采集，從而實(shí)施控制策略。前排傳感器負(fù)責(zé)采集前進(jìn)路線采集并實(shí)施控制 策略，后排傳感器負(fù)責(zé)倒車路線采集并實(shí)施控制策略。
[0006] 上述專利中不能很好地感測智能車的偏離狀態(tài)，對智能車的控制不夠精確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于針對現(xiàn)有技術(shù)中對機(jī)器人的控制不夠精確的缺陷， 提供一種可W準(zhǔn)確測量智能機(jī)器人的偏離程度，對機(jī)器人進(jìn)行精確控制的十走自由度人形 機(jī)器人及其控制方法。
[000引本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是；
[0009] 提供一種十走自由度人形機(jī)器人，該機(jī)器人包括：
[0010] 多組傳感器陣列，設(shè)于機(jī)器人兩只腳的前腳掌和后腳跟部分，每組傳感器陣列包 括至少四個(gè)傳感器；當(dāng)傳感器位于指定路徑時(shí)，產(chǎn)生傳感信號；
[0011] 循跡檢測模塊，用于根據(jù)獲取的傳感器陣列的傳感信號，分別判斷機(jī)器人前腳掌 偏移程度和后腳跟偏移程度；
[0012] 控制模塊，用于根據(jù)前腳掌和后腳掌偏移程度的組合選擇預(yù)設(shè)的循跡策略，控制 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。
[0013] 本發(fā)明所述的十走自由度人形機(jī)器人中，所述傳感器陣列在前腳掌的上邊緣和外 邊緣處呈L型排列，在后腳跟的下邊緣和外邊緣處呈L型排列。
[0014] 本發(fā)明所述的十走自由度人形機(jī)器人中，所述傳感器陣列為單光束反射式光電傳 感器陣列。
[0015] 本發(fā)明所述的十走自由度人形機(jī)器人中，該機(jī)器人還包括自動(dòng)避障模塊，分別安 裝在機(jī)器人左腳掌前方和機(jī)器人頭部。
[0016] 本發(fā)明所述的十走自由度人形機(jī)器人中，所述自動(dòng)避障模塊包括兩根紅外對管， 連接所述控制模塊，安裝在頭部的紅外對管隨機(jī)器人頭部轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)其檢測范圍內(nèi)有障礙物 時(shí)，輸出信號給控制模塊，通過控制模塊控制機(jī)器人向另一方向轉(zhuǎn)身；
[0017] 安裝在機(jī)器人腳部的紅外對管在檢測到機(jī)器人腳前方檢測范圍內(nèi)的障礙物信息 時(shí)，向所述控制模塊發(fā)出信號，所述控制模塊根據(jù)該信號確定障礙物的位置。
[0018] 本發(fā)明所述的十走自由度人形機(jī)器人中，在兩腳的前腳掌部分還設(shè)有中斷電路， 與設(shè)于前腳掌的傳感器陣列連接，當(dāng)傳感器陣列中預(yù)設(shè)傳感器同時(shí)位于指定路徑時(shí)，輸出 低電平信號，為控制模塊提供中斷信號。
[0019] 本發(fā)明還提供一種十走自由度人形機(jī)器人的控制方法，該控制方法基于上述機(jī)器 人，具體包括W下步驟：
[0020] 獲取傳感器陣列的傳感信號，并根據(jù)傳感信號分別判斷機(jī)器人前腳掌偏移程度和 后腳跟偏移程度；
[0021] 根據(jù)前腳掌和后腳掌偏移程度的組合選擇預(yù)設(shè)的循跡策略，控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。
[0022] 本發(fā)明所述的方法中，所述循跡策略包括轉(zhuǎn)后調(diào)整策略、直線循跡策略和弧線循 跡策略，機(jī)器人在所述轉(zhuǎn)后調(diào)整策略的控制下，縮小機(jī)器人前進(jìn)方向與指定路徑方向的夾 角，并縮短機(jī)器人雙腳對稱中屯、與指定直線路徑的直線距離；機(jī)器人前進(jìn)方向和指定路徑 方向夾角小于10度時(shí)，在直線循跡策略的控制下，沿指定路徑直線行走；在弧線循跡策略 控制下，機(jī)器人沿指定圓弧路徑行走。
[0023] 本發(fā)明所述的方法中，該方法還包括步驟：將機(jī)器人前腳掌偏移程度和后腳跟偏 移程度分為多個(gè)級別，不同級別對應(yīng)不同的循跡策略。
[0024] 本發(fā)明所述的方法中，該方法還包括步驟：
[0025] 當(dāng)傳感器陣列在前腳掌和后腳跟均呈L型排列時(shí)，在前腳掌上邊緣的多個(gè)相鄰傳 感器同時(shí)位于指定路線上時(shí)，輸出高電平或者低電平信號，為控制模塊提供中斷信號，同時(shí) 累計(jì)中斷累加次數(shù)，根據(jù)不同的中斷累加次數(shù)，控制模塊控制機(jī)器人執(zhí)行不同的預(yù)設(shè)動(dòng)作。
[0026] 本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是；本發(fā)明通過在十走度人形機(jī)器人兩只腳的前腳掌和后 腳掌設(shè)置傳感器陣列，根據(jù)傳感器陣列感測的信號判斷機(jī)器人前腳掌偏移程度和后腳跟偏 移程度；再根據(jù)前腳掌和后腳掌偏移程度的組合選擇預(yù)設(shè)的循跡策略，控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。本 發(fā)明通過多組傳感器可W更準(zhǔn)確測量智能機(jī)器人的偏離程度，從而實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人的精確控 制。
[0027] 進(jìn)一步地，本發(fā)明通過循跡策略，在直線循跡執(zhí)行時(shí)，可W控制機(jī)器人前進(jìn)方向 與正對指定路徑方向夾角不超過20度，機(jī)器人雙腳對稱中屯、離指定路徑直線距離不超過 3cm ;弧線循跡執(zhí)行時(shí)，機(jī)器人始終能夠抓住指定路徑軌跡，機(jī)器人前進(jìn)方向與弧線路徑切 線方向夾角不超過25度，機(jī)器人雙腳對稱中屯、離指定路徑直線距離不超過3cm ;在轉(zhuǎn)后調(diào) 整中，機(jī)器人在路口經(jīng)過轉(zhuǎn)后調(diào)整后，其前進(jìn)方向與指定路徑方向夾角不超過10度，機(jī)器 人雙腳對稱中屯、離指定路徑直線距離不超過1cm。
【附圖說明】
[002引下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中：
[0029] 圖1為本發(fā)明十走自由度人形機(jī)器人的示意圖。
[0030] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例的循跡路線圖。
[0031] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例的主程序流程圖。
[0032] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例的中斷服務(wù)程序流程圖。
[0033] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例的單光束反射式光電傳感器陣列示意圖。
[0035] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例的循跡檢測模塊的ST188連接示意圖。
[0036] 圖8為本發(fā)明實(shí)施例的循跡檢測模塊的中斷信號產(chǎn)生示意圖。
[0037] 圖9為本發(fā)明的自動(dòng)避障功能流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[003引為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用W解釋本發(fā)明，并不 用于限定本發(fā)明。
[0039] 本發(fā)明實(shí)施例的十走自由度人形機(jī)器人包括：
[0040] 多組傳感器陣列，設(shè)于機(jī)器人兩只腳的前腳掌和后腳跟部分，每組傳感器陣列包 括至少四個(gè)傳感器；當(dāng)傳感器位于指定路徑時(shí)，產(chǎn)生傳感信號；傳感器可設(shè)置在兩只腳的 外側(cè)邊緣，除了兩只腳的內(nèi)側(cè)邊緣。
[0041] 循跡檢測模塊，用于根據(jù)獲取的傳感器陣列的傳感信號，分別判斷機(jī)器人前腳掌 偏移程度和后腳跟偏移程度；
[0042] 控制模塊，用于根據(jù)前腳掌和后腳掌偏移程度的組合選擇預(yù)設(shè)的循跡策略，控制 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。
[00創(chuàng)如圖6所示，所述傳感器陣列在前腳掌的上邊緣和外邊緣處呈L型排列，在后腳跟 的下邊緣和外邊緣處呈L型排列。
[0044] 該機(jī)器人還包括自動(dòng)避障模塊，分別安裝在機(jī)器人左腳掌前方和機(jī)器人頭部。所 述自動(dòng)避障模塊包括兩根紅外對管，連接所述控制模塊，安裝在頭部的紅外對管隨機(jī)器人 頭部轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)其檢測范圍內(nèi)有障礙物時(shí)，輸出信號給控制模塊，通過控制模塊控制機(jī)器人向 另一方向轉(zhuǎn)身；
[0045] 安裝在機(jī)器人腳部的紅外對管在檢測到機(jī)器人腳前方檢測范圍內(nèi)的障礙物信息 時(shí)，向所述控制模塊發(fā)出信號，所述控制模塊根據(jù)該信號確定障礙物的位置。
[0046] 基于上述實(shí)施例的十走自由度人形機(jī)器人的控制方法具體包括W下步驟：獲取 傳感器陣列的傳感信號，并根據(jù)傳感信號分別判斷機(jī)器人前腳掌偏移程度和后腳跟偏移程 度；根據(jù)前腳掌和后腳掌偏移程度的組合選擇預(yù)設(shè)的循跡策略，控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。
[0047] 如圖1所示，本發(fā)明另一實(shí)施例的十走自由度人形機(jī)器人控制系統(tǒng)是W RoBo-SoulH3. 0人形機(jī)器人為載體，輔W循跡檢測模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、避障模塊、控制模塊和 為整個(gè)系統(tǒng)供電的電源模塊搭建而成。如圖2所示，該圖為機(jī)器人的循跡路線圖，機(jī)器人從 起點(diǎn)開始沿黑色路徑直線循跡；走到第一個(gè)T字路口，右轉(zhuǎn)，走到貨物前托起貨物后退出第 一個(gè)T字路口，沿著黑色路徑直線循跡；走到第二個(gè)T字路口，右轉(zhuǎn)，走到貨物框前放下貨物 后退出第二個(gè)T字路口，沿著黑色路徑直線循跡；走到第=個(gè)T字路口，將足球踢進(jìn)球口， 右轉(zhuǎn)后沿黑色路徑直線循跡；走進(jìn)第四個(gè)T字路口，判斷障礙物方位并規(guī)避障礙物，選擇正 確的路線到達(dá)第^；：個(gè)T字路口。離開第^;：個(gè)T字路口后，機(jī)器人開始圓弧循跡。走到口禁 處，打開口禁，進(jìn)入舞蹈區(qū)域跳舞。主程序流程圖和中斷服務(wù)流程圖分別如圖3和圖4所 示。該控制系統(tǒng)能使機(jī)器人實(shí)現(xiàn)循跡檢測、路口轉(zhuǎn)彎、搬運(yùn)貨物、踢球、自動(dòng)避障、圓弧循跡、 打開口禁、舞蹈等動(dòng)作及功能。如圖5所示，控制模塊的輸出端口通過驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)各個(gè)駝 機(jī)運(yùn)動(dòng)至合適的角度，讓機(jī)器人實(shí)現(xiàn)動(dòng)作；避障模塊、循跡檢測模塊分別與控制模塊的各數(shù) 據(jù)端口連接；電源模塊直接與控制模塊和驅(qū)動(dòng)模塊相連為之供電，并經(jīng)過降壓巧片降壓后， 為駝機(jī)供電?？刂颇K為單片機(jī)。驅(qū)動(dòng)模塊為16路過載保護(hù)控制板。自動(dòng)避障模塊為紅 外對管。循跡檢測模塊為單光束反射式光電傳感器陣列，如圖6所示。
[0048] 控制模塊采用單片機(jī)STC12C5A60S2控制。打開電源開關(guān)后，單片機(jī)初始化，機(jī)器 人做出立正動(dòng)作，調(diào)用轉(zhuǎn)后調(diào)整程序，減小機(jī)器人前進(jìn)方向與黑色路徑方向夾角，縮短機(jī)器 人雙腳對稱中屯、與黑色路徑的直線距離，然后判斷中斷累加數(shù)的值，執(zhí)行對應(yīng)的循跡策略。
[0049] 循跡檢測模塊是實(shí)現(xiàn)循跡檢測程序的重要硬件平臺(tái)，由24個(gè)stl88單光束反射式 紅外光電傳感器構(gòu)成，24個(gè)stl88分為4組，分別放置于左右腳的前腳掌和后腳跟上，安裝 圖及其與單片機(jī)I/O 口連接圖如圖6所示。Stl88依據(jù)紅外光在