一种基于重力感应的六足机器人论文和设计

全文摘要

本实用新型一种基于重力感应的六足机器人，涉及机器人领域，包括机身、主控板、机械腿和舵机控制板，主控板和舵机控制板均固定安装在机身内部，机械腿对称安装在机身上，每条机械腿上均设有用于调整机械腿状态的第一舵机，每个第一舵机均由舵机控制板控制，舵机控制板与主控板电连接；还包括重力感应模块，重力感应模块固定在机身内并与主控板电连接；还包括翻转装置，翻转装置设在机身顶部，所述翻转装置包括多根撑杆，每根撑杆上设有用于调整撑杆状态的第二舵机，每个第二舵机均由舵机控制板控制。本实用新型能使六足机器人行走过程更加稳定，能使机器人克服因自身翻倒而不能继续工作的问题，扩大了六足机器人的适用范围。

主设计要求

1.一种基于重力感应的六足机器人，其特征在于：包括机身（1）、主控板（2）、6条机械腿（3）和舵机控制板（4），主控板（2）和舵机控制板（4）均固定安装在机身（1）内部，6条机械腿（3）对称安装在机身上，每条机械腿（3）上均设有3个用于调整机械腿状态的第一舵机（41），每个第一舵机（41）均由舵机控制板（4）控制，舵机控制板（4）与主控板（2）电连接；还包括重力感应模块（5），重力感应模块（5）固定在机身（1）内并与主控板（2）电连接；还包括翻转装置，翻转装置设在机身（1）顶部，所述翻转装置包括多根撑杆（6），每根撑杆（6）上设有数个用于调整撑杆状态的第二舵机（42），每个第二舵机（42）均由舵机控制板（4）控制。

设计方案

还包括重力感应模块（5），重力感应模块（5）固定在机身（1）内并与主控板（2）电连接；

还包括翻转装置，翻转装置设在机身（1）顶部，所述翻转装置包括多根撑杆（6），每根撑杆（6）上设有数个用于调整撑杆状态的第二舵机（42），每个第二舵机（42）均由舵机控制板（4）控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于重力感应的六足机器人，其特征在于：所述主控板（2）为单片机。

3.根据权利要求1所述的一种基于重力感应的六足机器人，其特征在于：所述重力感应模块（5）为重力传感器。

4.根据权利要求1所述的一种基于重力感应的六足机器人，其特征在于：所述撑杆（6）为两根，撑杆（6）采用伸缩折叠杆，由撑杆（6）上的第二舵机（42）控制。

5.根据权利要求1所述的一种基于重力感应的六足机器人，其特征在于：所述机身（1）上还安装有电池（7），电池（7）用于给各元件供电。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及机器人领域，特别是一种基于重力感应的六足机器人。

背景技术

现有的六足仿生机器人以蜘蛛为原型，具有丰富的步态，离散性的地面支撑方式使其能够适应多种复杂地形，完成各种探测、科研任务。但现有投入应用的一些六足机器人自动化程度不高，难以躲避开各种障碍，在复杂环境下容易摔倒在地，情况复杂时甚至会损坏机器人部件，这就使得六足机器人单独执行任务的能力大打折扣；另外一些六足机器人应用了多种复杂的传感器，能较好的实现多种功能，但所采用的控制系统很复杂，机器人成本过高，给相关机构推广使用的难度较大。

例如申请号为201310110639.0的中国专利申请，公开一种能垂直拐弯的爬壁机器人，包括控制盒，第一移动装置，第二移动装置，一端与第一移动装置连接、另一端与第二移动装置连接的舵机；第一移动装置外部具有第一电磁履带、第一电机，并设置有第一距离传感器和第一压力传感器；第二移动装置具有第二电磁履带、第二电机，并设置有第二距离传感器和第二压力传感器；控制盒内具有控制模块，第一、第二电磁履带驱动模块，第一、第二电机驱动模块，舵机驱动模块以及给各个模块提供电源的电源模块。该爬壁机器人能够较方便的对中央空调的水平管道和竖直管道内的积尘进行清理。该机器人其存在以下不足：该机器人的结构复杂、驱动电路复杂，制作成本高，对该机器人的控制和维护难度较大。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于重力感应的改进型六足机器人，它可以解决六足机器人在复杂环境下因翻倒而停止工作和因结构复杂而导致的价格高的问题，使六足机器人独自完成工作的效率大大增强同时具有价格优势。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种基于重力感应的六足机器人，包括机身、主控板、6条机械腿和舵机控制板，主控板和舵机控制板均固定安装在机身内部，6条机械腿对称安装在机身上，每条机械腿上均设有3个用于调整机械腿状态的第一舵机，每个第一舵机均由舵机控制板控制，舵机控制板与主控板电连接；

还包括重力感应模块，重力感应模块固定在机身内并与主控板电连接；

还包括翻转装置，翻转装置设在机身顶部，所述翻转装置包括多根撑杆，每根撑杆上设有数个用于调整撑杆状态的第二舵机，每个第二舵机均由舵机控制板控制。

优选的方案中，所述主控板为单片机。

优选的方案中，所述重力感应模块为重力传感器。

优选的方案中，所述撑杆为两根，撑杆采用伸缩折叠杆，由撑杆上的第二舵机控制。

优选的方案中，所述机身内还安装有电池，电池用于给各元件供电。

本实用新型具有以下有益效果：

1、采用重力感应模块随时监控机器人的状态并及时做出调整，使六足机器人行走过程更加稳定，减少机器人侧翻的几率。

2、所用模块与部件都是现有技术，技术成熟且价格低，经济性高。

3、翻转装置的结构能使机器人克服因自身翻倒而不能继续工作的问题，扩大了六足机器人的适用范围。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明：

图1为本实用新型的结构示意图（正视）。

图2为本实用新型的结构示意图（俯视）。

图3为本实用新型的翻转系统示意图。

图4为本实用新型的翻转装置的工作流程图。

图5为本实用新型的翻转装置的工作示意图。

图6为本实用新型的翻转装置的简化受力示意图。

图中：机身1，主控板2，机械腿3，舵机控制板4，第一舵机41，第二舵机42，重力感应模块5，撑杆6，电池7。

具体实施方式

如图1~6所示，一种基于重力感应的六足机器人，包括机身1、主控板2、6条机械腿3和舵机控制板4，主控板2和舵机控制板4均固定安装在机身1内部，6条机械腿3对称安装在机身上，每条机械腿3上均设有3个用于调整机械腿状态的第一舵机41，每个第一舵机41均由舵机控制板4控制，舵机控制板4与主控板2电连接；

还包括重力感应模块5，重力感应模块5固定在机身1内并与主控板2电连接；

还包括翻转装置，翻转装置设在机身1顶部，所述翻转装置包括多根撑杆6，每根撑杆6上设有数个用于调整撑杆状态的第二舵机42，每个第二舵机42均由舵机控制板4控制。

重力感应模块用于检测机器人的空间状态，重力感应模块固定在机器人控制板上，X轴和Y轴所确定的平面与机身表面平行，Z轴正方向指向机器人上方。

主控板用于接收和处理重力感应模块检测到的加速度信号，做出判别后发出指令让舵机调试板控制机械腿上的各舵机动作，机械腿做出行走运动。

在崎岖的路段上行走过程中当重力感应模块检测到输出的加速度与水平面大于预警角度（例如45°）时，即可判定机器人处于易摔倒状态，需要机械腿做出反应，避免机器人摔倒。机器人在保持六足行走过程的同时，主控板给舵机控制板下达指令，控制机械腿各连接处的第一舵机改变机械腿弯曲的角度，整体的结果是机身的重心更低、与水平面角度更小，不容易侧翻。当机器人行走到安全地带，重力感应装置输出的加速度在安全范围后，机器人回到正常行走状态。

当重力感应模块检测到机器人翻倒在地超过预警时间（例如两秒）时，主控板判定需要启动翻转程序，第一舵机控制机械腿收回，翻倒侧对应的第二舵机启动，控制撑杆伸出，慢慢将机身撑起直至机器人回到正常状态，如图5。翻转过程中由重力感应模块即时判断本机状态并传送至主控板，主控板分析机器人状态后给舵机控制板下达指令，以便控制舵机及时作出调整。将机器人支撑装置动作到位后的情况作出简化，如图6，以一侧足与地面的接触点为零点，地面为X轴，与地面垂直的方向为Y轴，当支撑装置伸出，将六足机器人一侧撑起后，六足机器人的重心在Y轴的左侧，此时在重力和机器人小腿弧度的作用下，机器人可实现翻转。

优选的方案中，所述主控板2为单片机。单片机作为一个小而完善的微型计算机系统，具有体积小、质量轻、价格便宜和易于开发等优点，选用单片机来控制整个机器人系统方便易操作。实际使用时还可以根据现场情况搭载各类传感器模块等外接部件以完成不同的任务。

优选的方案中，所述重力感应模块5为重力传感器。重力传感器测量由于重力引起的加速度，计算出机身相对于水平面的倾斜角度，通过动态加速度，可以分析出机器人移动的方式和状态。现有技术中重力传感器已被广泛应用于汽车电子领域，主要集中在车身操控、安全系统和导航等方面，技术成熟且价格不贵。

优选的方案中，所述撑杆6为两根，撑杆6采用伸缩折叠杆，由撑杆6上的第二舵机42控制。撑杆可以在舵机的控制下慢慢打开和伸长。撑杆完全伸长展开时长度至少达到机械腿收起时的机身的的长度。

优选的方案中，所述机身1内还安装有电池7，电池7用于给各元件供电。电池可以选用大电流放电电池如航模电池，充电可以用航模电池平衡充。

设计图

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