六足智能仿生機(jī)器人優(yōu)勢(shì)及其設(shè)計(jì)

李明喆

摘要：多足昆蟲(chóng)類動(dòng)物對(duì)于各種環(huán)境的適應(yīng)力極強(qiáng)，為了使機(jī)器人適應(yīng)多種惡劣環(huán)境進(jìn)行作業(yè)，本文以蜘蛛為仿生對(duì)象，分析7六足仿生機(jī)器人的產(chǎn)生背景及優(yōu)勢(shì)，確定了六足智能方蠱機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)，旨在提高六足仿生機(jī)器人在許多危險(xiǎn)的場(chǎng)合，比如火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)、廢墟等危險(xiǎn)性高的環(huán)境的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：六足仿生智能

1產(chǎn)生背景

人們目前對(duì)于運(yùn)動(dòng)能力強(qiáng)、便于擴(kuò)展的機(jī)械平臺(tái)的需求日益增長(zhǎng)，以往的輪式、履帶式機(jī)器人已經(jīng)逐漸的不能夠適應(yīng)當(dāng)前情況。人們開(kāi)始探索能夠更加穩(wěn)定、廣泛的適應(yīng)于現(xiàn)實(shí)生活中的機(jī)器人。

多足機(jī)器人是一種模仿蜘蛛的運(yùn)動(dòng)形式，通過(guò)使用舵機(jī)來(lái)模擬蜘蛛運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，進(jìn)而能夠完成類似蜘蛛的穩(wěn)定移動(dòng)的一類機(jī)器人。多足機(jī)器人是指足數(shù)多于或等于四的機(jī)器人。六足仿生機(jī)器人即足數(shù)為六的機(jī)器人就是我們根據(jù)自然界中的蜘蛛的形態(tài)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

六足機(jī)器人通過(guò)借鑒昆蟲(chóng)爬行的原理，有著良好的特性，隨著科技的發(fā)展，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度有了極大的提升。

2優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)的履帶式機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牽引力大和不易打滑等優(yōu)點(diǎn)，在平坦的路面工作效率高、運(yùn)行速度快，可以發(fā)揮很大功效，但是它在應(yīng)付極端條件下發(fā)揮的作用微乎其微，而多足機(jī)器人有著良好的適應(yīng)地形的能力、極高的穩(wěn)定性，可以在不適合大多數(shù)履帶和輪式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的環(huán)境下平穩(wěn)地移動(dòng)，可以更好的適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境，準(zhǔn)確地完成特殊任務(wù)和難以完成的工作，在國(guó)防、救災(zāi)等工作上有難以替代的意義。因此推進(jìn)多足機(jī)器人的研究對(duì)國(guó)防、救災(zāi)等領(lǐng)域具有重要意義。

多足機(jī)器人有極為強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)能力，在很多惡劣的環(huán)境中，比如廢墟、火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)等，多足仿生機(jī)器人能夠更加穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)。六足仿生機(jī)器人擁有著類似于蜘蛛的肢體結(jié)構(gòu)，也具有部分蜘蛛的生理特點(diǎn)及行進(jìn)特性，生理特點(diǎn)包括其與地面接觸面積小等，這使其尋找著力點(diǎn)更加容易，運(yùn)動(dòng)過(guò)程更加穩(wěn)定;行進(jìn)特性包括典型步態(tài)如三角步態(tài)、四角步態(tài)等也為六足仿生機(jī)器人的設(shè)計(jì)提供了借鑒意義。

多足仿生機(jī)器人因其更加穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)成為了現(xiàn)代科學(xué)中的熱點(diǎn)。六足仿生機(jī)器人根據(jù)蜘蛛的形態(tài)和運(yùn)動(dòng)過(guò)程來(lái)進(jìn)行仿生模擬、設(shè)計(jì)，以接近蜘蛛的運(yùn)動(dòng)特征。這種設(shè)計(jì)對(duì)科技、國(guó)防救災(zāi)等方面有著深遠(yuǎn)的意義。

3整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

六足仿生機(jī)器人的六足采用均勻式分布而不是對(duì)稱式分布，包括承載板、舵機(jī)固定板和六足。若六足采用對(duì)稱式分布，則很容易產(chǎn)生舵機(jī)相互碰撞等情況，使機(jī)器人不能像如預(yù)期一樣完成任務(wù)。

六足機(jī)器人的典型步態(tài)有三角步態(tài)、四角步態(tài)等，大多數(shù)六足昆蟲(chóng)都是三角步態(tài)。三角步態(tài)是指一側(cè)的前后腿與另一側(cè)的中腿為一組，組成三角的支架結(jié)構(gòu)，當(dāng)三條腿放在地面并向后蹬時(shí)，另外三條腿即抬起向前準(zhǔn)備替換，即擺動(dòng)相占用了三條腿，支撐相擁有四條腿。四角步態(tài)將腿部分成三組，其支撐相擁有四條腿，擺動(dòng)相只占用了兩條腿。三角步態(tài)相比于四角步態(tài)行進(jìn)速度更快但四角步態(tài)行進(jìn)更加穩(wěn)定，本設(shè)備中使用四角步態(tài)。

本設(shè)備中采用Arduino主控、舵機(jī)、AVR微控制器、紅外避障傳感器、超聲測(cè)距模塊和藍(lán)牙模塊等組成。對(duì)于六足仿生機(jī)器人來(lái)說(shuō)，主控是控制機(jī)器人的頭腦，而舵機(jī)是控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵，其性能的好壞直接決定了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)性以及穩(wěn)定性，控制六足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)即控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向是由脈沖長(zhǎng)度t決定的。六足機(jī)器人每條腿上有三個(gè)舵機(jī)，即共十八個(gè)舵機(jī)，需要強(qiáng)大的主控芯片。本設(shè)備采用Arduino主控.通過(guò)舵機(jī)驅(qū)動(dòng)板對(duì)舵機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)六足機(jī)器人的行進(jìn)。

機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)采用典型步態(tài)中的四角步態(tài)，穩(wěn)定性極為強(qiáng)大，更容易地適應(yīng)更加復(fù)雜多變的環(huán)境和地形;通過(guò)接觸面積小等造就的強(qiáng)大的適應(yīng)能力嚴(yán)格的在地表選擇穩(wěn)定的支點(diǎn)，以完成穩(wěn)定移動(dòng)的作業(yè)。

4結(jié)論

本設(shè)備中采用Arduino主控、舵機(jī)、AVR微控制器、紅外避障傳感器和藍(lán)牙模塊等組成。其中主控是設(shè)備的核心，舵機(jī)是設(shè)備的靈魂。機(jī)器人舵機(jī)采用均勻式分布，運(yùn)動(dòng)采用典型步態(tài)中使用的四角步態(tài)，穩(wěn)定性極為強(qiáng)大，設(shè)備具有強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)能力和適應(yīng)能力，在不平整的路面上穩(wěn)定地行走，在救災(zāi)、國(guó)防等領(lǐng)域方面有著極大優(yōu)勢(shì)。結(jié)果表明該機(jī)器人具有較好的機(jī)動(dòng)性。

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