[发明专利]四足机器人的步态规划方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种四足机器人及其步态规划方法。

背景技术

现有四足机器人还有很多的缺陷，比如均存在行走不稳定，功能较为单一的特点，大部分都只能在平坦地面行走，没有应对外界干扰的和躲避障碍物的能力，具有视觉的四足机器人更少。并且具有负载能力的四足机器人体型一般都较大、能耗高，在设计和调试中会有很多麻烦，不利于算法验证和参数调整，所以设计一个小型四足机器人，方便在实验室里进行算法验证，这对四足机器人的研究提供了一种高效的方式。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种四足机器人及其步态规划方法，它具有通过建立D-H坐标系、设计运动学方程和求解逆运动学方程，利用ARM单片机作为主控制器，实现机器人步态规划，并通过多传感器实现了机器人的稳定性、自动避障和视觉传输能力，在Android平台上设计的上位机可以有地控制机器人的优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种四足机器人，包括：机器人的躯干，所述机器人的躯干前端的上方通过机器人颈部连接机器人头部，所述机器人躯干的下方连接四条腿：第一、第二、第三和第四条腿；其中第一、第二条腿安装在机器人躯干的前端，第三、第四条腿安装在机器人躯干的后端；每条腿均包括从下而上依次连接的小腿、大腿、垂直杆和水平杆四个部分；所述小腿与大腿、大腿与垂直杆、垂直杆与水平杆之间均设有舵机；所述躯干上设有控制装置，控制装置通过控制舵机来控制机器人的平稳行走。

第一条腿中，小腿与大腿之间通过第一舵机连接，大腿和垂直杆之间通过第二舵机连接，垂直杆与水平杆之间通过第三舵机连接；

第二条腿中，小腿与大腿之间通过第四舵机连接，大腿和垂直杆之间通过第五舵机连接，垂直杆与水平杆之间通过第六舵机连接；

第三条腿中，小腿与大腿之间通过第七舵机连接，大腿和垂直杆之间通过第八舵机连接，垂直杆与水平杆之间通过第九舵机连接；

第四条腿中，小腿与大腿之间通过第十舵机连接，大腿和垂直杆之间通过第十一舵机连接，垂直杆与水平杆之间通过第十二舵机连接；

所述机器人颈部设有第十三舵机；所述机器人头部设有第十四舵机。

所述第三舵机，也称水平髋关节，仿照哺乳动物髋部关节的外摆内收功能，负责机器人平行于身体方向的垂直方向运动，是机器人的转向运动时的驱动源，其旋转量用θ₀表示。

所述第二舵机，也称垂直髋关节，仿照哺乳动物的髋关节的前后收腿功能，负责机器人的平行于身体方向的运动，是整个机器人的承重关节，其旋转量用θ₁表示。

所述第一舵机，也称膝关节，所述膝关节仿照哺乳动物的膝关节的前后运动关节，负责驱动机器人腿部与地面接触，是机器人的步态轨迹的最终呈现关节，其旋转量用θ₂表示。

所述控制装置包括：单片机STM32，所述单片机STM32分别与十四个舵机、加速度计传感器和超声波传感器连接，所述单片机STM32还通过蓝牙模块与上位机连接，所述单片机 STM32还通过单片机MT7620与网络摄像头连接，所述单片机STM32还通过稳压电路与电源连接，所述单片机STM32还通过单片机MEGA644与OLED液晶显示屏连接。

所述单片机STM32作为主控芯片是机器人控制的核心，通过定时器模块产生20ms定时中断作为机器人的运动周期，通过输出PWM波控制舵机转角完成机器人的步态，同时stm32 通过采集加速度计反馈的值得到机器人的姿态，控制机器人的平衡，控制超声波模块的定时工作来采集机器人周围的障碍物情况，同时通过串口和蓝牙、mt7620连接来进行通信；

所述电源，用于给单片机供电；

所述稳压电路，用于提供5v、3.3v、6v不同的电压分别给传感器、arm芯片和舵机供电；

所述舵机，用于驱动机器人进行步态行走和头部摇动；

所述网络摄像头，用于远程监控，传送机器人周围的环境信息；

所述单片机MT7620，用于挂载OpenWRT系统以此将摄像头的图像通过wifi发送出；

所述加速度计传感器，安装在机器人的机体中心位置用于采集机器人实时的姿态；

所述超声波传感器，安装在机器人头部正上方用于检测机器人周围是否有障碍物；

所述单片机MEGA644，用于和stm32通信得到控制信息并解码后通过液晶显示；

所述OLED液晶显示屏，用于显示机器人当前信息；

所述蓝牙模块，用于和andorid上位机间通信，传输指令和数据；