仿蜘蛛機器人的製作方法

2023-06-05 09:52:41 1

本實用新型涉及一種機器人領域，尤其涉及一種仿蜘蛛機器人。

背景技術：
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在自然界和人類社會中存在一些人類無法到達的地方和可能危及人類生命的特殊場合。如行星表面、災難發生礦井、防災救援和反恐鬥爭等，對這些危險環境進行不斷地探索和研究，尋求一條解決問題的可行途徑成為科學技術發展和人類社會進步的需要，地形不規則和崎嶇不平是這些環境的共同特點，從而使輪式機器人和履帶式機器人的應用受到限制，以往的研究表明輪式移動方式在相對平坦的地形上行駛時，具有相當的優勢運動速度迅速、平穩，結構和控制也較簡單，但在不平地面上行駛時，能耗將大大增加，而在鬆軟地面或嚴重崎嶇不平的地形上，車輪的作用也將嚴重喪失移動效率大大降低，為了改善輪子對鬆軟地面和不平地面的適應能力，履帶式移動方式應運而生但履帶式機器人在不平地面上的機動性仍然很差行駛時機身晃動嚴重，與輪式、履帶式移動機器人相比在崎嶇不平的路面步行機器人具有獨特優越性能在這種背景下多足步行機器人的研究蓬勃發展起來。

技術實現要素：
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本實用新型的目的是提供一種仿蜘蛛機器人。

上述的目的通過以下的技術方案實現：

一種仿蜘蛛機器人，其組成包括：上纖維板，所述的上纖維板下部通過兩側所具有的六個突出部分別連接跟關節舵機，所述的跟關節舵機的下部共同連接在下纖維板上，所述的上纖維板上部前側安裝有機械手臂，所述的上纖維板上部後側安裝有總控舵機，所述的總控舵機上不連接有頭部，所述的頭部上連接有攝像頭，所述的攝像頭上安裝有超聲波模塊。

所述的仿蜘蛛機器人，所述的跟關節舵機連接股節，所述的股節連接膝關節，所述的膝關節連接脛節，所述的脛節連接踝關節舵機，所述的踝關節舵機連接足部。

本實用新型的有益效果：

1.本實用新型的仿蜘蛛機器人，其軀幹由兩層1.5mm碳纖維板製成，由於高比強度、高比模量、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、抗蠕變等一系列優異性能，碳纖維板是很好的蜘蛛機器人的外設承載材料；纖維板之間用六組用於腿部前後自由度的舵機連接，六組舵機穩定性高、支撐性強、平穩能力好；兩層纖維板之間固定了電池、主板、圖傳設備和舵機電路轉接板，極大程度的利用了空間。

本實用新型的仿蜘蛛機器人，其腿部由舵機和腿部支架組成；為了完成各種動作，腿部應具有水平和垂直平面的運動自由度，因此每條腿都設計安裝了三個舵機，分別控制跟關節、膝關節和踝關節的運動，其中兩個舵機安裝呈正交，跟關節提供蜘蛛的前後自由度，膝關節和踝關節負責上下的自由度。

本實用新型的仿蜘蛛機器人，其機械手臂用於完成對物品的夾取，由三個舵機連接而成，位於蜘蛛的正前方，共同完成上下及夾取動作。

附圖說明：

附圖1是本實用新型的結構示意圖（正視）。

附圖2是本實用新型的結構示意圖（側視）。

附圖3是本實用新型的結構示意圖（俯視）。

附圖4是本實用新型的仿蜘蛛機器人的運動分解示意圖（A）。

附圖5是本實用新型的仿蜘蛛機器人的運動分解示意圖（B）。

附圖6是本實用新型的仿蜘蛛機器人的整體流程圖。

圖中：1 —踝關節舵機；2 —上纖維板；3 —超聲波模塊；4 —攝像頭；5 —頭部；6 —總控舵機；7 —足部；8 —脛節；9 —股節；10 —下纖維板；11 —跟關節舵機；12 —膝關節。

具體實施方式：

實施例1：

一種仿蜘蛛機器人，其組成包括：上纖維板，所述的上纖維板2下部通過兩側所具有的六個突出部分別連接跟關節舵機11，所述的跟關節舵機的下部共同連接在下纖維板10上，所述的上纖維板上部前側安裝有機械手臂，所述的上纖維板上部後側安裝有總控舵機6，所述的總控舵機上不連接有頭部5，所述的頭部上連接有攝像頭4，所述的攝像頭上安裝有超聲波模塊3。

實施例2：

根據實施例1所述的仿蜘蛛機器人，所述的跟關節舵機連接股節9，所述的股節連接膝關節12，所述的膝關節連接脛節8，所述的脛節連接踝關節舵機1，所述的踝關節舵機連接足部7。

實施例3：

實施例1或2所述的仿蜘蛛機器人的綜合情況介紹：

本實用新型的產品使用傳統的控制系統，其電控部分使用stm32微處理器作為主控晶片，其外圍接口豐富、速度快、穩定性高的優點符合蜘蛛機器人的需要；蜘蛛機器人的運動需要6條腿協同完成，每條腿3個舵機，所以主控晶片需要同時控制18個舵機；舵機的控制，通過使用stm32微處理器開啟4個定時器的18個通道，實現18個I/O管腳同時輸出PWM波；超聲波電路由超聲波發送頭、接收頭及驅動電路組成；通過stm32微處理器控制超聲波按照約定好的頻率，發送頭髮送數據、接收頭接收數據，兩者進行分析比較既可得到距離。

電源部分由2S航模電池供電，電壓可達到8V左右；通過大功率降壓二極體降壓，得到舵機額定電壓以下電壓，使18個舵機同時正常工作；通過UBEC285電源模塊進行降壓穩壓，以供stm32微處理器正常工作。

自主運動由蜘蛛本身平衡程度、障礙物距離、遙控裝置控制三個因素決定，平衡系統通過Mpu6050採集信息，通過IIC與stm32微處理器通訊聯繫，可以得到相關的加速度和角速度，stm32微處理器對此進行dmp濾波得到相對準確的角度，控制機器人平衡，蜘蛛機器人舵機運動過程中沒有延遲現象，所以只需要採用比例環節即可實現蜘蛛平衡調節，避障系統採用超聲波測距模塊測量前方障礙距離，通過舵機進行方向的改變，同時對多個方向障礙進行檢測，對蜘蛛運動進行決策性的邊界控制，遙控裝置用於操作蜘蛛運動方向和運動狀態。

在步行運動過程中將六條腿分為兩組，以機器人的一側的前足和後足及另一側的中足為一組，其餘的三條腿又為另外一組，在運動過程中，會有一組腿抬起，一組腿著地，三隻著地的腿不僅保持機器人的平穩性，而且在擺腿的時候產生推動力，使機器人能夠完成直線或轉彎運動，如附圖5、附圖6所示為本設計蜘蛛運動時身體分析圖，a、b、c、d、e、f分別代表每條腿，其中a、c、e為一組，b、d、f為另外一組，當第一組抬起時，第二組著地，著地的三條腿用來製成軀幹，同時控制前後自由度的舵機將軀體推進，完成軀體向前的運動；完成推進後兩組腿交換，第一組著地，第二組抬起，此時由第一組腿完成推進工作，兩組腿多次交換，完成蜘蛛前進轉彎等動作。

遙控裝置對蜘蛛整體運動和機械手臂運動進行控制，遙控裝置由接收、發送兩部分組成，接收部分固定在蜘蛛的肢體上與主板連接，將接收到的數據交給主板進行處理，發送部分留在客戶端，用於實時操作控制。