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)或拓展人活動范圍的工具：提供便當(dāng)，諸如掃地機(jī)器人；拓展人的活動范圍，諸如科考類機(jī)器人。在自然和人類社會中，存在一些人類無法抵達(dá)的中央及不合適人類到達(dá)的場所，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動穩(wěn)定性，同時具有不同的步態(tài)以應(yīng)對不同的地形環(huán)境；與八足機(jī)器人相比，六足具有相對簡單的機(jī)械構(gòu)造，同時也使得控制算法生成較便當(dāng)能夠預(yù)見，這些優(yōu)點將使六足機(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，采用六足在需求時可將其中的兩足轉(zhuǎn)化成操作臂，停止手臂操作。因而，對六足機(jī)器人的研討具有深遠(yuǎn)的理論價值和工程應(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，將在救援行動和探測活動中得到普遍應(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
1.1+六足輪腿設(shè)計
依據(jù)對昆蟲生理構(gòu)造的剖析，依據(jù)仿生學(xué)的學(xué)問設(shè)計了如圖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。如今以編號為②的腿停止腿部構(gòu)造的細(xì)致引見。腿部由連桿CE、CB、AB組成，在C、B、A處分別經(jīng)過轉(zhuǎn)動副銜接，腿在A處經(jīng)過轉(zhuǎn)動副與主體相連。在這一腿部機(jī)構(gòu)中CE最長、CB長度中等、BA長度最短，以此模仿六足類昆蟲腿部的真實狀況，便于模仿昆蟲實踐運動方式。
對機(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，活動構(gòu)件數(shù)為3，運動副中低副的個數(shù)為3，高副的個數(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取得肯定的運動，需求添加3個驅(qū)動。因而在A、B、C三個轉(zhuǎn)動副處添加電機(jī)作為驅(qū)動，即通%5E控制3個電動機(jī)即可使整個機(jī)構(gòu)如昆蟲的足一樣前后挪動，同理剩余的5條腿也是如此運動。至此，基于模仿昆蟲運動，完成了六足機(jī)器人機(jī)械本體的設(shè)計。
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于復(fù)雜，因而將機(jī)器人腿與操作臂停止分離設(shè)計，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)計的機(jī)器人經(jīng)過機(jī)械腿和輪式構(gòu)造停止挪動，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)過輪式構(gòu)造挪動，在坎坷的路面上能夠經(jīng)過機(jī)械足停止挪動，這樣的設(shè)計大大進(jìn)步了挪動效率。
1.2+操作臂設(shè)計
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)計該夾持機(jī)構(gòu)時以構(gòu)造簡單、能停止簡單操作為準(zhǔn)繩，在設(shè)計時模仿螃蟹的夾持手。
依據(jù)仿生學(xué)學(xué)問設(shè)計如圖2所示的夾持手，該夾持手由上下兩局部對稱的夾持指組成，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)過轉(zhuǎn)動副銜接，O、N處轉(zhuǎn)動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。上下兩個夾持指經(jīng)過兩個齒輪銜接，兩個齒輪分別與連桿OJ、PH固連，即齒輪轉(zhuǎn)動時兩個連桿也隨之一同運動。%0D%0A%0D%0A對該夾持機(jī)構(gòu)的自在度停止剖析，以便肯定原動件數(shù)目，以及需求幾電機(jī)驅(qū)動。該機(jī)構(gòu)中，活動構(gòu)件數(shù)為6，運動副中低副的個數(shù)為8，高副的個數(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，需求一個電機(jī)停止驅(qū)動。在轉(zhuǎn)動副O(jiān)處添加電機(jī)，使齒輪轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動連桿OJ轉(zhuǎn)動；經(jīng)過嚙合的齒輪使得下部連桿PH也轉(zhuǎn)動，最終即可完成夾持指末端LM的張開和夾緊，即可完成對物體的抓取操作。夾持手經(jīng)過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，即夾持指并攏時作為機(jī)器人足能夠行走；當(dāng)腿①、⑥抬起時，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。
2.機(jī)器人電子控制系統(tǒng)設(shè)計
2.1+電子系統(tǒng)整體設(shè)計
為了可以讓機(jī)器人有運動的能量，需求在機(jī)器人本體上布置電池功用模塊；為了控制各個電機(jī)依照指定指令運動，需求布置電機(jī)控制器模塊；為了對機(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)動電機(jī)布置在各個驅(qū)動關(guān)節(jié)處，經(jīng)過線纜與電機(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
對電機(jī)控制、設(shè)備等各局部停止細(xì)致地設(shè)計闡明。
電機(jī)控制模塊：電機(jī)裝置在各個驅(qū)動關(guān)節(jié)處。機(jī)器人運動有自主和遠(yuǎn)程控制兩種運動形式，自主運動形式是不需求外界實時給機(jī)器人運動指令，機(jī)器人能夠自行運動；遠(yuǎn)程控制是經(jīng)過遠(yuǎn)程控制軟件實時給機(jī)器人發(fā)送運動指令。同時還能夠控制機(jī)器人前部的兩個腿變換為操作臂，并經(jīng)過末端的夾持器完成對物體的夾取。
語音與圖像交互模塊：麥克風(fēng)與攝像頭裝置在機(jī)器人本體最上層，經(jīng)過麥克風(fēng)、攝像頭可停止語音和圖像的交流。災(zāi)禍發(fā)作需求救援被困人員時，能夠讓機(jī)器人進(jìn)入一些人無法進(jìn)入的狹小空間。
手勢辨認(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)過攝像機(jī)捕捉并剖析得到人手的手勢動作，將捕捉到的手勢與之前程序中預(yù)設(shè)的停止比對，再讓機(jī)器人停止相應(yīng)的操作。無線模塊：在機(jī)器人本體最上層裝置天線，經(jīng)過此天線完成機(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)過電腦控制程序完成。
結(jié)論
本文運用仿生學(xué)的學(xué)問，經(jīng)過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足末端裝置有夾持手可停止抓取操作。經(jīng)過裝置3D體感攝像機(jī)等設(shè)備，完成與外部的語音圖像交互以及手勢操控、地圖重建等功用。所設(shè)計的機(jī)器人構(gòu)造新穎、功用豐厚，具有很強(qiáng)的適用價值。
注：如果侵犯了您得權(quán)益，請告訴我們，我們會及時處理。
