基于Android控制的智能六足機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模及實(shí)現(xiàn)

梁美彥， 薛太林， 王 昱， 孟堅(jiān)磊， 曹康軒， 楊昊達(dá)

(山西大學(xué) 電子信息工程系， 山西 太原 030013)

基于Android控制的智能六足機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模及實(shí)現(xiàn)

梁美彥， 薛太林， 王 昱， 孟堅(jiān)磊， 曹康軒， 楊昊達(dá)

(山西大學(xué) 電子信息工程系， 山西 太原 030013)

本文根據(jù)蜘蛛的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)， 提出了一種基于Android控制的六足仿生機(jī)器人. 通過拉格朗日動(dòng)力學(xué)建模及理論分析， 建立了行走路徑與關(guān)節(jié)角度的定量關(guān)系， 提高了運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性和靈活性. 通過理論建模和分析， 實(shí)現(xiàn)了六足機(jī)器人跨越臺(tái)階等動(dòng)作， 還加入了視頻傳輸和超聲測(cè)距模塊， 使六足機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了視頻傳輸和自動(dòng)避障的功能， 有效避障距離為30 cm.

智能六足機(jī)器人； 視頻傳輸； 自動(dòng)避障； 無線控制

0 引 言

在星際探測(cè)[1-2]、 資源開發(fā)、 抗震救災(zāi)、 反恐救援等特殊環(huán)境下， 現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境往往未知性強(qiáng)， 崎嶇不平， 條件惡劣， 嚴(yán)重時(shí)會(huì)威脅生命. 因此， 研制一款機(jī)器人代替人類探測(cè)地形并采集圖像、 將采集到的圖像或者視頻信息快速回傳意義重大. 在這些特殊環(huán)境條件下， 輪式機(jī)器人和履帶式機(jī)器人的應(yīng)用受到一定限制， 足式機(jī)器人由于其足部離散性強(qiáng)、 腿部結(jié)構(gòu)冗余度和可靠性高、 地形適應(yīng)性好等特點(diǎn)， 成為國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)[3]. 六足步行機(jī)器人作為典型的多足機(jī)器人， 比兩足(或四足)機(jī)器人穩(wěn)定性高， 而且具有多種運(yùn)動(dòng)形式、 兼具良好的靈活度和穩(wěn)定性于一體， 能夠廣泛適應(yīng)崎嶇地形行走， 特別適用于執(zhí)行可靠性要求比較高的任務(wù). 因此， 六足機(jī)器人及其相關(guān)技術(shù)的研究具有重要的理論價(jià)值和實(shí)際意義.

20世紀(jì)80年代末， 麻省理工大學(xué)人工智能實(shí)驗(yàn)室成功研制出仿六足仿昆蟲機(jī)器人 Genghis， 該機(jī)器人通過自我學(xué)習(xí)來翻越障礙， 并在復(fù)雜路面上高效行走[4]. 2000年,美國伊利諾伊大學(xué)研制出小型六足仿生機(jī)器人Biobot， 來模仿蟑螂爬行， 單腿連桿結(jié)構(gòu)采用1 : 1.1 : 1.5的比例， 可以實(shí)現(xiàn)在凸凹不平地面上高速靈活的爬行[5]； 2007年， 德國Magdeburg大學(xué)研制了基于FPGA控制的六足機(jī)器人ANTON， 該機(jī)器人集成了陀螺儀、 力傳感器、 以及視覺傳感器等多種感知模塊， 旨在用于地震災(zāi)區(qū)、 溝渠以及戰(zhàn)壕等地域， 感知周圍環(huán)境并做出規(guī)劃[6]； 2006-2014年， 哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制了六足機(jī)器人 HITCR-I和HITCR-II， 將用于野外偵查、 崎嶇地形監(jiān)測(cè)， 是一種自適應(yīng)的研究平臺(tái)[7-8]； 2008年， 美國加州理工噴氣實(shí)驗(yàn)室研制出了ATHLETE全地形六足地外探測(cè)機(jī)器人， 機(jī)器人采用足輪式相結(jié)合的設(shè)計(jì)， 可以在相對(duì)平坦的地面上快速前進(jìn), 其載重量為15 t， 該足式機(jī)器人將用于月球表面的探測(cè)[9-12]； 2010年， 北京航空航天大學(xué)研制了六足機(jī)器人 NOROS-II， 該機(jī)器人也采用足輪混合結(jié)構(gòu)， 將用于月球表面對(duì)特殊地形的探測(cè)[13]； 2013 年， 由上海交通大學(xué)研制的六足機(jī)器人Octopus， 其重量為150 kg， 具備全方位快速運(yùn)動(dòng)能力和較強(qiáng)的抗干擾能力， 可以在水下環(huán)境、 火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)或核電站等核輻射環(huán)境下進(jìn)行緊急救災(zāi)[14].

綜上所述， 六足機(jī)器人正朝著實(shí)用化、 智能化、 輕量化的方向發(fā)展. 雖然六足機(jī)器人相關(guān)理論研究已取得較多成果， 各種功能的六足機(jī)器人也已應(yīng)用于不同的領(lǐng)域， 但由于其整體協(xié)調(diào)控制的復(fù)雜性以及不同作業(yè)環(huán)境對(duì)其運(yùn)動(dòng)性能和智能控制的特殊要求， 相關(guān)研究還有待進(jìn)一步深入. 本文以實(shí)現(xiàn)六足機(jī)器人在特殊地形穩(wěn)定靈活行走以及智能控制為目標(biāo)， 研制了小型六足機(jī)器人， 通過拉格朗日動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)建模， 建立了行走路徑與關(guān)節(jié)角度的定量關(guān)系. 同時(shí)， 加入了避障和視頻無線傳輸模塊， 實(shí)現(xiàn)了六足機(jī)器人的無線智能控制.

1 機(jī)器人總體設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的六足仿生機(jī)器人由7個(gè)模塊組成， 分別為： 舵機(jī)控制模塊、 藍(lán)牙通信模塊、 Android控制模塊、 避障模塊、 視頻WIFI模塊、 舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊以及電源模塊. 控制模塊是基于Arduino的單片機(jī)控制板， 可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人避障模塊、 視頻模塊、 以及舵機(jī)的控制， 并與藍(lán)牙模塊通信； 藍(lán)牙模塊用于接收Android系統(tǒng)控制端發(fā)送的信號(hào)， 并將信號(hào)傳給控制板， 控制相應(yīng)模塊執(zhí)行命令； 避障模塊主要用于躲避運(yùn)動(dòng)中遇到的大型障礙物， 避障距離約為30 cm； 視頻WIFI模塊可以將采集到的視頻信息通過無線模塊傳輸?shù)紸ndroid系統(tǒng)端， 對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行視頻監(jiān)測(cè)； 舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊主要是接收控制命令， 驅(qū)動(dòng)舵機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作組， 如行走、 舞步、 跨越臺(tái)階行走等； 電源模塊采用高性能、 續(xù)航能力強(qiáng)的鋰電池對(duì)機(jī)器人供電. 圖 1 為六足仿生機(jī)器人總體設(shè)計(jì)方案.

設(shè)計(jì)完成后的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由六足仿生機(jī)器人系統(tǒng)和自主研發(fā)的Android控制端APP兩部分組成, 圖 2 為六足機(jī)器人， 圖 2 中對(duì)各個(gè)模塊的對(duì)應(yīng)的位置進(jìn)行了說明. 圖 2 右下角為Android控制界面， 通過定義Android系統(tǒng)APP的按鈕來實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人姿態(tài)和行為的控制， 六足機(jī)器人在基本動(dòng)作的基礎(chǔ)上， 可以實(shí)現(xiàn)舞步、 跨越臺(tái)階等復(fù)雜動(dòng)作， 同時(shí)， 為了實(shí)際應(yīng)用的需要， 加入了避障和視頻傳輸?shù)墓δ埽?當(dāng)機(jī)器人執(zhí)行任務(wù)時(shí)， 可以繞開大型障礙物， 將機(jī)器人采集到的視頻信號(hào)無線發(fā)送到Android系統(tǒng)端進(jìn)行顯示.

圖 1 六足仿生機(jī)器人總體設(shè)計(jì)方案 Fig.1 Schematic design of hexapod bionic robot system

圖 2 六足仿生蜘蛛機(jī)器人Fig.2 Hexapod bionic spider robot

2 歐拉-拉格朗日運(yùn)動(dòng)方程的動(dòng)力學(xué)建模

圖 3 機(jī)器人單腿的動(dòng)力學(xué)模型Fig.3 The dynamic model of walking robot

為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人各個(gè)動(dòng)作姿態(tài)的精確控制和整體運(yùn)動(dòng)分析， 本文采用歐拉-拉格朗日運(yùn)動(dòng)方程對(duì)六足機(jī)器人腿部進(jìn)行受力分析并建立動(dòng)力學(xué)模型. 六足仿生機(jī)器人腿部采用開鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)， 每條腿由3個(gè)關(guān)節(jié)組成， 每個(gè)關(guān)節(jié)對(duì)應(yīng)一個(gè)自由度， 因此， 該機(jī)器人系統(tǒng)共有18個(gè)自由度， 為了便于定量分析， 建立如圖 3 所示的空間三維坐標(biāo)系.

在圖 3 中， 坐標(biāo)y方向?yàn)闄C(jī)器人的前進(jìn)方向， 即運(yùn)動(dòng)方向，x方向與機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方向垂直，z方向?yàn)闄C(jī)器人高度方向， 機(jī)器人平臺(tái)高度為H. 機(jī)器人單腿連桿質(zhì)量分別為m1,m2,m3， 對(duì)應(yīng)的長度(轉(zhuǎn)動(dòng)慣量)分別為L1,L2和L3， 通過質(zhì)量和長度兩個(gè)物理量, 可以計(jì)算出對(duì)應(yīng)連桿結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分別為I1,I2和I3， 腿部執(zhí)行相關(guān)動(dòng)作時(shí)， 其轉(zhuǎn)動(dòng)的角位移分別為θ1,θ2和θ3.

首先， 計(jì)算機(jī)器人模型系統(tǒng)各桿件運(yùn)動(dòng)部分的動(dòng)能K和各部件的勢(shì)能P.

然后， 計(jì)算系統(tǒng)總體的拉格朗日函數(shù)

L=K-P.

最后， 由拉格朗日函數(shù)求導(dǎo)， 可得變形腿部各關(guān)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩

本研究根據(jù)六足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡， 利用所建立的動(dòng)力學(xué)模型， 計(jì)算機(jī)器人行進(jìn)中相應(yīng)各個(gè)關(guān)節(jié)的角度， 從而可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的精確控制和分析.

3 控制模塊的設(shè)計(jì)

六足機(jī)器人的控制模塊采用基于Arduino的舵機(jī)控制板對(duì)機(jī)器人各個(gè)動(dòng)作和行為進(jìn)行控制， 其中， 控制板上的舵機(jī)驅(qū)動(dòng)與Arduino主控芯片通過串口進(jìn)行通信， 主控芯片接收到控制信號(hào)之后， 發(fā)送給舵機(jī)控制器， 舵機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的操作， 同時(shí)單片機(jī)還可以與外部其他模塊進(jìn)行通信， 總體控制框圖如圖 4 所示.

圖 4 系統(tǒng)控制框圖Fig.4 Block diagram of the control system

4 機(jī)器人平臺(tái)模塊

高度智能化、 可以對(duì)特殊環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)的六足仿生機(jī)器人， 需要具有遠(yuǎn)距離無線控制， 靈活躲避大型障礙物， 跨越臺(tái)階和溝壑， 并視頻傳輸所采集畫面等功能.

4.1 無線控制

藍(lán)牙通信具有抗信號(hào)衰落好、 抑制同頻干擾、 保證可靠傳輸、 隨機(jī)噪聲影響小等特點(diǎn)， 因此， 足式機(jī)器人的無線控制功能通過藍(lán)牙通信模塊來實(shí)現(xiàn)， 該通信模塊速率為1MHz， 以時(shí)分方式進(jìn)行全雙工通信， 圖 5 為機(jī)器人的藍(lán)牙模塊， Android控制端發(fā)送無線信號(hào)， 通過藍(lán)牙模塊接收以后， 轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制命令， 機(jī)器人收到命令后執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作.

圖 5 藍(lán)牙模塊Fig.5 The bluetooth module

4.2 自動(dòng)避障模塊

圖 6 超聲波模塊Fig.6 Ultrasonic module

六足智能機(jī)器人加入了超聲波測(cè)距模塊(見圖 6)， 該模塊距離向測(cè)距精度為0.3 cm， 角度向感應(yīng)精度<15°， 最大可探測(cè)距離為4.5 m. 實(shí)驗(yàn)中， 超聲波模塊一幀發(fā)送8個(gè)40 kHz 的方波信號(hào)， 并自動(dòng)檢測(cè)回波， 如有回波則輸出高電平， 通過高電平的持續(xù)時(shí)間來計(jì)算機(jī)器人到障礙物的距離. 六足機(jī)器人設(shè)定的安全距離為30 cm， 即機(jī)器人與障礙物距離小于30 cm時(shí)， 驅(qū)動(dòng)舵機(jī)的PWM信號(hào)自減， 驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速， 機(jī)器人減速前進(jìn)， 從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障.

4.3 機(jī)械模塊

六足機(jī)器人對(duì)運(yùn)動(dòng)的靈活性要求高， 因此， 機(jī)器人腿部采用SR-1501MG型數(shù)字舵機(jī)(見圖 7)來對(duì)機(jī)器人動(dòng)作姿態(tài)進(jìn)行精確控制. 該舵機(jī)采用PWM脈寬信號(hào)控制， 其周期為20 ms， 電平占空比較高， 0.5～2.5 ms 的脈寬信號(hào)控制0～180°的轉(zhuǎn)角范圍， 且線性度好. 機(jī)器人腿部的運(yùn)動(dòng)通過舵機(jī)轉(zhuǎn)角來實(shí)現(xiàn)， 機(jī)器人憑借每條機(jī)械腿上的3個(gè)舵機(jī)(3個(gè)關(guān)節(jié))， 來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的自由度.

4.4 視頻模塊

視頻模塊位于機(jī)器人頭部(如圖 8 所示)， 機(jī)器人在步行過程中， 視頻模塊將采集到的視頻畫面通過無線模塊傳輸?shù)紸ndroid界面， 利用這個(gè)功能可以實(shí)現(xiàn)對(duì)周圍環(huán)境監(jiān)測(cè)的任務(wù).

圖 7 舵機(jī)Fig.7 Steering gear

圖 8 視頻采集模塊Fig.8 Video collection module

5 舵機(jī)控制環(huán)境

六足機(jī)器人的主控板選用基于Arduino的32通道機(jī)器人控制器， 對(duì)18個(gè)舵機(jī)進(jìn)行控制和動(dòng)作組的編程. 如圖 9 所示. 其中， 1種顏色代表1條機(jī)械腿， 相同的顏色代表同一條機(jī)械腿上的3個(gè)舵機(jī). S2, S3, S4 3個(gè)舵機(jī)組成機(jī)器人的一條機(jī)械腿， 命名為足1， 同理S6, S7, S8為足2， S10, S11, S12為足3， S18, S19, S20為足4， S30, S31, S32為足5， S26, S27, S28為足6， S1和S9代表兩個(gè)待拓展的兩個(gè)舵機(jī). 對(duì)機(jī)器人各個(gè)腿上的舵機(jī)設(shè)定之后， 初始化所有舵機(jī)的狀態(tài)， 編輯每個(gè)舵機(jī)的動(dòng)作， 并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)， 最后形成一套動(dòng)作組(如： 舞步、 爬樓梯等)， 將動(dòng)作組下載到芯片內(nèi)部， 就可以使機(jī)器人執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作. 在舵機(jī)調(diào)試界面中， 可以通過設(shè)置舵機(jī)相應(yīng)的參數(shù)， 調(diào)整動(dòng)作的速度和運(yùn)動(dòng)次數(shù).

圖 9 舵機(jī)調(diào)試界面Fig.9 Debug interface of steering machine

實(shí)驗(yàn)采用的SR-1501MG型數(shù)字舵機(jī)， 具有精度高、 扭矩大、 反映靈敏， 運(yùn)行平穩(wěn)而且線性度高的特點(diǎn). 調(diào)試界面中每個(gè)舵機(jī)有兩個(gè)參數(shù)， 以S1舵機(jī)為例(圖 9 中橢圓線標(biāo)出的位置)， 左側(cè)數(shù)值表示PWM信號(hào)脈寬， 右側(cè)數(shù)值表示舵機(jī)對(duì)應(yīng)的度數(shù)， 在對(duì)舵機(jī)進(jìn)行調(diào)整時(shí)， 舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間要設(shè)置合理， 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間越短， 舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度越快， 為了防止轉(zhuǎn)動(dòng)速度太快而導(dǎo)致的舵機(jī)滯后效應(yīng)， 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間一般不小于60 ms.

6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本研究設(shè)計(jì)的六足智能仿生機(jī)器人通過自主研發(fā)的Android端APP(如圖 10 所示)， 調(diào)用藍(lán)牙模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程無線控制， 在實(shí)現(xiàn)基本行走功能的基礎(chǔ)上， 還實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜動(dòng)作組， 如舞步、 跨越臺(tái)階行走， 同時(shí)還具有避障和視頻輸?shù)裙δ?

圖 10 Android無線控制界面Fig.10 Android wireless control interface

圖 11 為六足智能機(jī)器人的舞步姿態(tài)， 圖 12 為機(jī)器人在特殊路面行走的示意圖， 目前， 研制的六足智能機(jī)器人已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了跨越小型臺(tái)階行走的功能.

圖 11 舞步姿態(tài)Fig.11 Dancing

圖 12 機(jī)器人跨越臺(tái)階Fig.12 Crossing the steps

為了使機(jī)器人能夠在各種復(fù)雜環(huán)境下執(zhí)行任務(wù)， 系統(tǒng)加入了避障模塊和視頻傳輸模塊， 避障模塊可以使機(jī)器人在與大型障礙物的距離小于30 cm的時(shí)候， 自動(dòng)避開障礙物， 圖 13 為避障示意圖； 在實(shí)驗(yàn)中， 為了保證機(jī)器人的安全， 寫入了一個(gè)附加功能， 當(dāng)障礙物與機(jī)器人距離小于2 cm時(shí)， 機(jī)器人停止工作. 視頻傳輸模塊可以將行徑中采集到的視頻畫面無線傳輸?shù)紸ndroid控制端， 圖 14 為機(jī)器人傳回的視頻畫面， 這對(duì)于特殊地形的監(jiān)測(cè)有重要意義.

圖 13 機(jī)器人與障礙物距離<30 cm時(shí)， 機(jī)器人后退Fig.13 The robot turn back when the distance less than 30 cm

圖 14 Android視頻傳輸界面Fig.14 Android video transport interface

7 結(jié) 論

仿生機(jī)器人是一門交叉學(xué)科， 它涉及到電子學(xué)、 通信工程、 力學(xué)、 機(jī)械學(xué)、 仿生學(xué)、 系統(tǒng)工程、 計(jì)算機(jī)、 人工智能等相關(guān)領(lǐng)域. 本本研究基于Android系統(tǒng)控制的六足智能仿生機(jī)器人， 通過拉格朗日建模、 采用機(jī)器人單腿模型， 對(duì)機(jī)器人的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角進(jìn)行了定量分析， 從而實(shí)現(xiàn)了動(dòng)作姿態(tài)和行為的精確控制. 在基本步行等功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上， 還實(shí)現(xiàn)了舞步、 跨越臺(tái)階行走等復(fù)雜動(dòng)作姿態(tài)的控制. 為了實(shí)際應(yīng)用的需要， 六足機(jī)器人加入了超聲波避障模塊和視頻傳輸模塊， 超聲波模塊可以使機(jī)器人與大型障礙物距離小于30 cm時(shí)， 自動(dòng)避障， 這個(gè)功能使得機(jī)器人在執(zhí)行任務(wù)中可以進(jìn)行自身保護(hù)； 無線視頻傳輸模塊可以回傳機(jī)器人采集到的視頻畫面， 為機(jī)器人用于礦山探險(xiǎn)、 抗震救災(zāi)等提供了研究基礎(chǔ).

該足式機(jī)器人系統(tǒng)基本功能已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)， 但是還存在一些功能需要完善： ① 視頻傳輸?shù)漠嬅娌粔蚯逦?這主要是由于選用的視頻采集設(shè)備分辨率低造成的， 可以選用高分辨率的視頻采集設(shè)備， 同時(shí)， 畫面質(zhì)量要與無線傳輸速率匹配， 否則就會(huì)出現(xiàn)卡頓、 跳幀等， 或者嘗試使用H.264編碼方式對(duì)視頻進(jìn)行壓縮后傳輸； ② 目前該系統(tǒng)只能觀看回傳的視頻畫面， 并沒有視頻記憶存儲(chǔ)功能. 在以后的工作中， 可以增加視頻存儲(chǔ)模塊， 供Android系統(tǒng)端隨時(shí)點(diǎn)播觀看； ③ 當(dāng)機(jī)器人參與執(zhí)行任務(wù)時(shí)， 只有視頻傳輸功能是不夠的， 還需要增加音頻數(shù)據(jù)的采集與傳輸. 但由于機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)， 本身噪聲較大， 要保證準(zhǔn)確收集外界環(huán)境的聲音， 則需要進(jìn)行深入的研究.

[1] Bares J, Hebert M, Kanade T, et al. Ambler: An autonomous rover for planetary exploration [J]. Computer, 1989, 22(6): 18-26.

[2] Oblak J, Cikajlo I, Matjacic Z. Universal haptic drive: A robot for arm and wrist rehabilitation[J]. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, 2010, 18(3): 293-302.

[3] 譚民, 王碩. 機(jī)器人技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 自動(dòng)化學(xué)報(bào), 2013, 39(7): 963-972.

Tan Min, Wang Shuo, Research progress on robotics[J].Acta Automatica Sinica, 2013, 39(7): 963-972. (in Chinese)

[4] Brooks R A. A robot that walks; emergent behaviors from a carefully evolved network[J]. Neural computation, 1989, 1(2): 253-262.

[5] Delcomyn F, Nelson M E. Architectures for a biomimetic hexapod robot[J]. Robotics and Autonomous Systems, 2000, 30(1): 5-15.

[6] Dzhantimirov S, Palis F, Schmucker U, et al. HIL/SIL by development of six-legged robot SLAIR2[M]. Advances In Climbing And Walking Robots， 2007.

[7] 陳甫．六足仿生機(jī)器人的研制及其運(yùn)動(dòng)規(guī)劃研究[D]．哈爾濱： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)， 2009．

[8] Zhang H， Liu Y B， Zhao J, et al. Development of a bionichexapod robot for walking on unstructured terrain[J]. Journal of Bionic Engineering, 2014(11): 176-187.

[9] Wilcox B H. ATHLETE: A cargo and habitat transporter for the moon[C]. Aerospace conference, Big Sky, MT, USA: IEEE, 2009: 1-7.

[10] Wilcox B H. ATHLETE: Lunar cargo unloading from a high deck[C]. Aerospace Conference, Big Sky, MT, USA: IEEE, 2010: 1-9.

[11] Wilcox B H. ATHLETE: A cargo-handling vehicle for solar system exploration[C]. Aerospace Conference, Big Sky, MT, USA: IEEE, 2011: 1-8.

[12] Wilcox B H. ATHLETE: A limbed vehicle for solar system exploration[C]. Aerospace Conference, Big Sky, MT, USA: IEEE, 2012: 1-9.

[13] 丁希侖, 王志英. 六邊形對(duì)稱分布六腿機(jī)器人的典型步態(tài)及其運(yùn)動(dòng)性能分析[J]. 機(jī)器人, 2010, 32(6): 759-765.

Ding Xilun， Wang Zhiying. Typical gaits and motion analysis of a hexagonal symmetrical hexapod robot[J]. Robot， 2010, 32(6): 759-765. (in Chinese)

[14] 潘陽, 高峰. 一種行走操作一體化的六足步行機(jī)器人[C].中國機(jī)構(gòu)與機(jī)器科學(xué)國際會(huì)議論文集, 2012.

DynamicModellingandImplementationofIntelligentHexapodBionicRobotBasedonAndroidSystem

LIANG Meiyan， XUE Tailin， WANG Yu， MENG Jianlei， CAO Kangxuan， YANG Haoda

(Dept. of Electronics and Information Engineering, Shanxi University, Taiyuan 030013, China)

According to simulating the characteristics of spider movement, a hexapod bionic robot based on Android control is proposed in this paper. The quantitative relationship of walking paths and joint angel is established according to the Lagrangian dynamics modeling and theoretical analyzation, and the motion stability and flexibility are improved. By theoretical modeling and analyzation, series of movement pattern are realized including spanning the barrier. In addition, the video transmission and ultrasonic distance measuring module are added to the robot system in order to implement the function of video transmission and automatic obstacle avoidance. The obstacle avoidance distance is about to 30 cm using ultrasonic distance measuring module.

intelligent hexapod robot; video transmission; auto-obstacle avoidance; wireless control

1671-7449(2017)06-0498-07

2016-12-26

梁美彥(1984-)， 女， 講師， 博士， 主要從事機(jī)器人， 雷達(dá)， 寬帶通信等研究.

TP242

A

10.3969/j.issn.1671-7449.2017.06.006