一種具有容錯控制的智能球形機器人及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機器人控制領(lǐng)域，尤其涉及一種具有容錯控制的智能球形機器人及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷進步和發(fā)展，智能機器人領(lǐng)域的研究也取的了迅猛的發(fā)展。目前，國內(nèi)外就有很多球形機器人的成功設(shè)計，而且他們的驅(qū)動結(jié)構(gòu)多種多樣。經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的設(shè)計大多是整體外形采用球形的設(shè)計結(jié)構(gòu)，而通過內(nèi)部各種不同的驅(qū)動結(jié)構(gòu)來完成對其運動的控制。但是，從他們所采取的設(shè)計方案和所達成的效果來分析都存在著以下三個問題:
(I)這種設(shè)計只是達到了球狀外形的設(shè)計，并沒有完全體現(xiàn)出球形在實際應(yīng)用中應(yīng)該擁有的優(yōu)勢，而且還失去了普通機器人通過肢體動作來完成一些任務(wù)的靈活性。
[0003](2)眾所周知，機器人在實際生活中應(yīng)具有幫助人們來完成一些困難和復(fù)雜任務(wù)的功能，而這種整體球形的設(shè)計不具有機械操作能力，因而顯得更加不靈活。
[0004](3)現(xiàn)有的機器人由于設(shè)計的整體性過于局限而導(dǎo)致不能自動識別自身故障，而在部件受損時失去運動能力。以上問題都嚴(yán)重影響了球形機器人在實際生活中的實用價值和智能化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對以上不足之處，提供了一種具有容錯控制的智能球形機器人及其控制方法，實現(xiàn)機器人的智能化和靈活性。
[0006]本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的方案是:一種具有容錯控制的智能球形機器人，包括兩相互配合的上半球面和下半球面，所述上半球面和下半球面上下圍合成一球形;所述上半球面和下半球面分別均勻開設(shè)分成六個扇形的上機械足和下機械足，六個上機械足和六個下機械足一一對應(yīng);還包括一固定于所述上半球面和下半球面之間且呈環(huán)形的支撐板，所述支撐板上端沿周側(cè)等間隔固定六個分別于所述上機械足電連的上舵機;所述下機械足分別經(jīng)一連桿機構(gòu)驅(qū)動，所述連桿機構(gòu)包括與所述支撐板轉(zhuǎn)動連接的第一活動桿、與所述第一活動桿轉(zhuǎn)動連接的第二活動桿和所述第二活動桿轉(zhuǎn)動連接的第三活動桿，所述第三活動桿還分別與所述下機械足固定連接;所述第一活動桿、第二活動桿和第三活動桿各自經(jīng)一下舵機驅(qū)動，所述上舵機和下舵機經(jīng)一設(shè)置于所述支撐板上的控制電路板控制;所述支撐板上還設(shè)有一用于測量上半球面傾斜角度且與所述控制電路板電連接的角度傳感器。
[0007]進一步的，所述控制電路板包括一控制單元、與所述控制單元電連的無線通訊模塊和電流檢測模塊，所述角度傳感器與所述控制單元電連。
[0008]進一步的，所述控制單元分別經(jīng)與舵機驅(qū)動電路與所述上舵機和下舵機相連。
[0009]進一步的，所述下機械足的底部還分別固定有一壓力傳感器，所述壓力傳感器與所述控制單元電連。
[0010]進一步的，所述壓力傳感器的型號為微型稱重測力傳感器DJWX-21。
[0011]進一步的，還包括一電源模塊，所述電源模塊為航模鋰電池供電，所述鋰電池經(jīng)穩(wěn)壓模塊與所述控制單元、角度傳感器、壓力傳感器、無線通訊模塊和電流檢測模塊電連。
[0012]進一步的，所述角度傳感器的型號為MPU6050。
[0013]本發(fā)明還提供一種如上述所述的具有容錯控制的智能球形機器人的控制方法，包括以下步驟:
步驟SO:將支撐板固定于上半球面、下半球面之間，所述上半球面和下半球面上下圍合成一球形；
步驟S1:接通電源，通過控制電路板驅(qū)動上舵機和下舵機，使得上半球面的六個上機械足處于收攏狀態(tài)，并且收攏呈一半球面，下半球面的六個下機械足伸展處于站立狀態(tài)；
步驟S2:通過無線通訊模塊控制上半球面的六個上機械足處于伸展?fàn)顟B(tài)，經(jīng)一角度傳感器自動開啟角度檢測并實時反饋給控制電路板中的控制單元來調(diào)節(jié)下半球面六個下機械足的姿態(tài)保證上半球面的六個上機械足伸展形成的托舉平面處于水平；
步驟S3:繼續(xù)保持上半球面的六個上機械足處于伸展?fàn)顟B(tài)，通過驅(qū)動下半球面的下機械足，通過一電流檢測模塊實時檢測各下機械足的工作電流，并將檢測得到的各個下機械足的工作電流反饋至控制電路板中的控制單元，通過控制單元控制下舵機對六個下機械足進行姿態(tài)調(diào)整；
步驟S4:通過無線通訊模塊控制各個下機械足前進的方向和速度，經(jīng)位于下機械足底部的壓力傳感器，以及角度檢測傳感器和電流檢測模塊和控制單元構(gòu)成反饋控制系統(tǒng)；步驟S5:將反饋控制系統(tǒng)所獲取的數(shù)據(jù)信號通過無線通訊模塊傳輸給外部操控中心。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下有益效果:本發(fā)明采用上、下半球面分割控制結(jié)構(gòu)來分別完成水平托舉平臺的實現(xiàn)和六腳姿態(tài)行走的設(shè)計結(jié)構(gòu)，姿態(tài)控制準(zhǔn)確，控制靈活，可實現(xiàn)功能強大。通過上半球面的六個上機械足展開形成水平托舉平臺，通過下半球面的六個下機械足形成六角姿態(tài)行走，通過下舵機配合驅(qū)動下機械足的多自由度的轉(zhuǎn)動，使得六個上機械足形成的水平托舉平臺處于水平狀態(tài)。通過壓力感應(yīng)傳感器來檢測下機械足與地面的接觸并進行信號的實時反饋控制，從而實現(xiàn)機器人的穩(wěn)定運行控制，控制準(zhǔn)確，保證運行的穩(wěn)定性高。通過角度傳感器來檢測機器人的水平托舉平臺的角度并實時進行信號反饋，通過運行姿態(tài)的調(diào)整，從而保證托舉平臺一直處于水平狀態(tài)。
[0015]本發(fā)明整體外型采用球形設(shè)計結(jié)構(gòu)可以更好的實現(xiàn)該機器人能夠適應(yīng)各種復(fù)雜的工作環(huán)境，即可以實現(xiàn)六足穩(wěn)定行走，在特殊的環(huán)境中又可以實現(xiàn)滾動運行，結(jié)構(gòu)靈活，控制方便。本發(fā)明采用電流異常檢測模塊來檢測通過個肢體自由度的電流異常情況來判斷各自由度工作狀態(tài)，檢查故障。本發(fā)明采用無線通訊模塊進行數(shù)據(jù)信息傳輸，可以實現(xiàn)特殊環(huán)境的遠程遙控，又可以實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的無線傳輸，方便機器人特殊功能的實現(xiàn)。
【附圖說明】
[0016]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明專利進一步說明。
[0017]圖1為本發(fā)明實施例的機器人的外部機構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明實施例的機器人的內(nèi)部機構(gòu)示意圖。
[0019]圖3為本發(fā)明實施例的下機械足的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖4為本發(fā)明實施例的電路控制結(jié)構(gòu)圖。
[0021 ]圖中:1-上半球面；10-上機械足；2-下半球面;20-下機械足;3-支撐板;4_連桿機構(gòu);40-第一活動桿;41-第二活動桿;42-第三活動桿。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進一步說明。
[0023]如圖1?4所示，一種具有容錯控制的智能球形機器人，包括兩相互配合的上半球面I和下半球面2，所述上半球面I和下半球面2上下圍合成一球形;所述上半球面I和下半球面2分別均勻開設(shè)分成六個扇形的上機械足10和下機械足20，六個上機械足10和六個下機械足20—一對應(yīng);還包括一固定于所述上半球面I和下半球面2之間且呈環(huán)形的支撐板3，所述支撐板3上端沿周側(cè)等間隔固定六個分別于所述上機械足10電連的上舵機;所述下機械足20分別經(jīng)一連桿機構(gòu)4驅(qū)動，所述連桿機構(gòu)4包括與所述支撐板3轉(zhuǎn)動連接的第一活動桿40、與所述第一活動桿40轉(zhuǎn)動連接的第二活動桿41和所述第二活動桿41轉(zhuǎn)動連接的第三活動桿42，所述第三活動桿42還分別與所述下機械足20固定連接;所述第一活動桿40、第二活動桿41和第三活動桿42各自經(jīng)一下舵機驅(qū)動，所述上舵機和下舵機經(jīng)一設(shè)置于所述支撐板3上的控制電路板控制;所述支撐板3上還設(shè)有一用于測量上半球面I傾斜角度且與所述控制電路板電連接的角度傳感器。
[0024]從上述可知，本發(fā)明的有益效果在于:發(fā)明采用上、下半球面2分割控制結(jié)構(gòu)來分別完成水平托舉平臺的實現(xiàn)和六腳姿態(tài)行走的設(shè)計結(jié)構(gòu)，姿態(tài)控制準(zhǔn)確，控制靈活，可實現(xiàn)功能強大。通過上半球面I的六個上機械足10展開形成水平托舉平臺，通過下半球面2的六個下機械足20形成六角姿態(tài)行走，通過下舵機配合驅(qū)動下機械足20的多自由度的轉(zhuǎn)動，使得六個上機械足10形成的水平托舉平臺處于水平狀態(tài)。通過壓力感應(yīng)傳感器來檢測下機械足20與地面的接觸并進行信號的實時反饋控制，從而實現(xiàn)機器人的穩(wěn)定運行控制，控制準(zhǔn)確，保證運行的穩(wěn)定性高。通過角度傳感器來檢測機器人的水平托舉平臺的角度并實時進行信號反饋，通過運行姿態(tài)