一种仿生式蚂蚁机器人的制作方法

本发明涉及机械制造技术领域，特别涉及一种仿生式蚂蚁机器人。

背景技术：

随着国家社会经济的高速发展，我国对科研工作越来越重视，特别是在地质勘探，自然观测这一些领域加大了投入。而目前对于科研工作者来说，地质狭隘、自然环境险峻的地方难以进入实地考察，因此需要一款机器人来帮助他们进行勘探考察。但是目前的机器人都是使用的电机设备驱动滚轮前进，导致市面上的机器人外形都很庞大，无法进入狭小环境。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种结构简单、体型小，能进入狭小空间进行科学考察的仿生式蚂蚁机器人。

为实现上述技术构想，本发明设计了一种仿生式蚂蚁机器人，包括躯干架，所述躯干架的上方设有电源模块、下方设有行走机构、前端设有检测机构及控制所述行走机构的控制机构；所述行走机构包括转向舵机、第一跟随舵机及第二跟随舵机，所述转向舵机、第一跟随舵机及第二跟随舵机的输出轴上连接有机械腿；所述转向舵机设于所述躯干架下方的前端，所述转向舵机通过一连接机构带动所述第一跟随舵机转向行走，所述第二跟随舵机与第一跟随舵机通过第一连接件连接；

所述检测机构包括触角式传感器、摄像头；所述控制机构包括无线传输模块、主控mcu；所述电源模块为所述主控mcu、摄像头、转向舵机、第一跟随舵机及第二跟随舵机供电；所述主控mcu的输入端与所述摄像头及触角式传感器电连接；所述主控mcu的输出端与无线传输模块电连接；所述转向舵机的控制信号输入端串接第一定时器后与所述主控mcu的输出端电连接，所述第一跟随舵机的控制信号输入端串接第二定时器后与所述与所述主控mcu的输出端电连接；所述第二跟随舵机的控制信号输入端串接第三定时器后与所述主控mcu的输出端电连接。

进一步地，所述连接机构为齿轮传动机构；所述齿轮传动机构包括传动齿轮及传动轴，所述传动齿轮设于所述转向舵机的后端，所述传动轴的一端连接转向舵机，另一端上周向固定所述传动齿轮。

进一步地，所述连接机构为连接舵机，所述连接舵机的前端设有齿轮、后端设有第二连接件，所齿轮周向固定在一连接轴上，所述连接轴的另一端连接所述转向舵机，所述连接舵机通过第二连接件与所述第一跟随舵机连接；所述连接舵机的控制信号输入端串接第四定时器后与所述主控mcu的输出端电连接。

进一步地，所述躯干架包括左躯干架及右躯干架，所述左躯干架及右躯干架并排设置。

进一步地，所述躯干架的上方还设有稳压模块，所述稳压模块串接在所述电源模块与所述主控mcu之间。

进一步地，所述躯干架为碳杆。

进一步地，所述机械腿包括固定杆、分别铰接在固定杆两端的左杆及右杆；所述转向舵机的输出轴、第一跟随舵机的输出轴及第二跟随舵机的输出轴与所述固定杆连接。

进一步地，所述触角式传感器为压力传感器。

所述第一连接件及第二连接件均为弹性杆。

本发明还提供了一种使用权利要求1-9所述的仿生蚂蚁机器人的行走控制方法，包括以下步骤：

s1、在主控mcu中分别设置所述转向舵机、第一跟随舵机及第二跟随舵机的行走启动时间；

s2、根据所述的行走启动时间，设置所述转向舵机、第一跟随舵机及第二跟随舵机的行走参数，所述行走参数包括直行参数、向左转弯参数及向右转弯参数；

s3、向所述主控mcu发出行走指令，所述行走指令根据所述行走启动时间启动所述转向舵机、第一跟随舵机及第二跟随舵机启动，从而带动响应的机械退左右摆动行走；所述行走指令包括直行指令，向左转弯指令及向右转弯指令，所述直行指令与所述直行参数形成映射，所述向左转弯指令与所述向左转弯参数形成映射，所述向右转弯指令与向右转弯参数形成映射。

本发明的工作原理是：转向舵机通过连接机构带动第一跟随舵机及第二跟随舵机转向前行，从而带动舵机下的机械腿行走转弯，主控mcu通过内部的定时程序控制第一定时器的定时时间、第二定时器的定时时间及第三定时器的定时时间，以达到分别控制相应的转向舵机、第一跟随舵机及第二跟随舵机的启动时间，从而使得转向舵机、第一跟随舵机及第二跟随舵机的启动时间不一样，而达到蚂蚁式协调行走的目的；摄像头实现图像的采集，触角式传感器检测行走过程中碰到的压力大小，在检测到压力只增大时说明碰到岩壁，从而主控mcu又通过设定第一定时器的定时时间调整转向舵机的启动时间，从而调整行走路线。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明的仿生式蚂蚁机器人整体结构简单，功能简洁，易于操作，而且抛弃了轮式滚动前进的方式，采用机械腿爬行的方式，更易于进入凹凸不平的地质环境进行前进，并通过无线传输，实时的将前方的画面传数给操作人员，利于地质勘探和自然考察。连接机构保证了仿生式蚂蚁机器人的转向，第一连接件保证了第一跟随舵机及第二跟随舵机之间的连接性，确保仿生式蚂蚁机器人的行走连续性。

(2)连接机构为齿轮传动机构，这样，通过传动齿轮可以有效实现该仿生式蚂蚁机器人的转弯等操作；连接机构为连接舵机时，该连接连接舵机与转向舵机相配合，可以提高该仿生式蚂蚁机器人的转弯协调性。

(3)躯干架为两根，这样，两根躯干架可以提高该仿生式蚂蚁机器人的结构稳定性；躯干架选用碳杆使得该仿生式蚂蚁机器人结实耐用；第一连接件及第二连接件均为弹性杆使得在转弯时，弹性杆能消减一定的应力，使转弯更灵活。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

本发明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，在附图中：

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为本发明实施例2的结构示意图；

图3为本发明实施例1的电路原理图；

图4为本发明实施例2的电路原理图；

图中，1-躯干架，2-电源模块，3-转向舵机，4-第一跟随舵机，5-第二跟随舵机，6-触角式传感器，7-机械腿，8-摄像头，9-无线传输模块，10-主控mcu，11-第一连接件，12-传动齿轮，13-传动轴，14-稳压模块，15-连接舵机，16-齿轮，17-连接轴，18-第二连接件，71-固定杆，72-左杆，73-右杆。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本申请作进一步地详细说明，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

实施例1

如图1及图3所示，本实施例的一种仿生式蚂蚁机器人，包括躯干架1，躯干架1的上方设有电源模块2、下方设有行走机构、前端设有检测机构及控制行走机构的控制机构；行走机构包括转向舵机33、第一跟随舵机4及第二跟随舵机5，转向舵机3、第一跟随舵机4及第二跟随舵机5的输出轴上连接有机械腿7；转向舵机3设于躯干架1下方的前端，转向舵机3通过一齿轮传动机构带动第一跟随舵机4转向行走，齿轮传动机构包括传动齿轮12及传动轴13，传动齿轮12设于转向舵机3的后端，传动轴13的一端连接转向舵机3，另一端上周向固定传动齿轮12，第二跟随舵机5与第一跟随舵机4通过第一连接件11连接。

检测机构包括触角式传感器6、摄像头8，控制机构包括无线传输模块9、主控mcu10；电源模块2为主控mcu10、转向舵机3、摄像头8、第一跟随舵机4及第二跟随舵机5供电；主控mcu10选用有stm32处理器；主控mcu10的pb2引脚及pb3引脚作为信号输入端分别与摄像头8及触角式传感器6电连接，无线传输模块9电连接在主控mcu10的pb1引脚上，通过pb1引脚将图像数字信息及触角式传感器6检测到的数字压力信息传送到无线传输模块9，通过无线传输模块9传送到上位机或移动终端，经过上位机或移动终端将数字图像信息转化为模拟图像信息便于查看。转向舵机3的控制信号输入端串接第一定时器后与主控mcu10的pa1引脚电连接、第一跟随舵机4的控制信号输入端串接第二定时器后与主控mcu10的pa2引脚电连接，第二跟随舵机5的控制信号输入端串接第三定时器后与主控mcu10的pa3引脚电连接；主控mcu10通过内部的时间程序分别输出不同的时钟信号到第一定时器、第二定时器及第三定时器，第一定时器、第二定时器及第三定时器按照时钟信号分别启动转向舵机、第一跟随舵机及第二跟随舵机。

该仿生式蚂蚁机器人的躯干架1包括左躯干架1及右躯干架1，左躯干架1及右躯干架1并排设置。

该仿生式蚂蚁机器人的躯干架1的上方还设有稳压模块14，稳压模块14串接在电源模块2与主控mcu10之间。其中，电源模块2为锂电池，稳压模块14可以选用商品型号为xl6009dc-dc升压电源稳压模块，具体地，锂电池的电能输出端与xl6009dc-dc升压电源稳压模块的电源输入端连接，xl6009dc-dc升压电源稳压模块的电源输出端与主控mcu的电源输入端连接；即xl6009dc-dc升压电源稳压模块的vdd输出端连接到主控mcu10的vdda引脚；其中所述锂电池电压为3.7v，经xl6009dc-dc升压电源稳压模块的输出电压为5v。

该仿生式蚂蚁机器人的躯干架1为碳杆。

该仿生式蚂蚁机器人的机械腿7包括固定杆71、分别铰接在固定杆71两端的左杆72及右杆73；转向舵机3的输出轴、第一跟随舵机4的输出轴及第二跟随舵机5的输出轴与固定杆71连接；这样简单结构的机械腿，能有效降低成本。

该仿生式蚂蚁机器人的触角式传感器6为压力传感器，该压力传感器进一步地为数字压力传感器，可以选用商品型号为py206-485，可以将检测到的模拟压力信号转化为数字信号输出到主控mcu10。

该仿生式蚂蚁机器人的第一连接件11及第二连接件18均为弹性杆。

本实施例中无线传输模块9为nrf无线传输芯片。，其中nrf无线传输芯片与stm32处理器的连接方式，在无线数字通信领域为常规的技术，可以选用本领域技术人员所知的任一种连接方式及实现方式，只要达到数字无线传输的目的均可，在此不做限定。

实施例2

如图2及图4所示，本实施例的一种仿生式蚂蚁机器人包括躯干架1，躯干架1的上方设有电源模块2、下方设有行走机构、前端设有检测机构及控制行走机构的控制机构；行走机构包括转向舵机3、连接舵机15、第一跟随舵机4及第二跟随舵机5，转向舵机3、第一跟随舵机4及第二跟随舵机5的输出轴上连接有机械腿7；转向舵机3设于躯干架1下方的前端，连接舵机15的前端设有齿轮16、后端设有第二连接件18，所齿轮16周向固定在一连接轴17上，连接轴17的另一端连接转向舵机3，连接舵机15通过第二连接件18与第一跟随舵机4连接；第二跟随舵机5与第一跟随舵机4通过第一连接件11连接。

检测机构包括触角式传感器6、摄像头8，控制机构包括无线传输模块9、主控mcu10；电源模块2为主控mcu10、转向舵机3、摄像头8、第一跟随舵机4及第二跟随舵机5供电；主控mcu10选用有stm32处理器；主控mcu10的pb2引脚及pb3引脚作为信号输入端分别与摄像头8及触角式传感器6电连接，无线传输模块9电连接在主控mcu10的pb1引脚上，通过pb1引脚将图像数字信息及触角式传感器6检测到的数字压力信息传送到无线传输模块9，通过无线传输模块9传送到上位机或移动终端，经过上位机或移动终端将数字图像信息转化为模拟图像信息便于查看。转向舵机3的控制信号输入端串接第一定时器后与主控mcu10的pa1引脚电连接、第一跟随舵机4的控制信号输入端串接第二定时器后与主控mcu10的pa2引脚电连接，第二跟随舵机5的控制信号输入端串接第三定时器后与主控mcu10的pa3引脚电连接；连接舵机的控制信号输入端串接一第四定时器后与所述主控mcu10的pa4引脚电连接。主控mcu10通过内部的时间程序分别输出不同的时钟信号到第一定时器、第二定时器、第三定时器及第四定时器，第一定时器、第二定时器、第三定时器及第四时器按照时钟信号分别启动转向舵机、第一跟随舵机、第二跟随舵机及连接舵机。

该仿生式蚂蚁机器人的躯干架1包括左躯干架1及右躯干架1，左躯干架1及右躯干架1并排设置。

该仿生式蚂蚁机器人的躯干架1的上方还设有稳压模块14，稳压模块14串接在电源模块2与主控mcu10之间。其中，电源模块2为锂电池，稳压模块14可以选用商品型号为xl6009dc-dc升压电源稳压模块，具体地，锂电池的电能输出端与xl6009dc-dc升压电源稳压模块的电源输入端连接，xl6009dc-dc升压电源稳压模块的电源输出端与主控mcu的电源输入端连接。其中所述锂电池电压为3.7v，经xl6009dc-dc升压电源稳压模块的输出电压为5v。

该仿生式蚂蚁机器人的躯干架1为碳杆。

该仿生式蚂蚁机器人的机械腿7包括固定杆71、分别铰接在固定杆71两端的左杆72及右杆73；转向舵机3的输出轴、第一跟随舵机4的输出轴及第二跟随舵机5的输出轴与固定杆71连接。

该仿生式蚂蚁机器人的触角式传感器6为压力传感器，该压力传感器进一步地为数字压力传感器，可以选用商品型号为py206-485，可以将检测到的模拟压力信号转化为数字信号输出到主控mcu10。

该仿生式蚂蚁机器人的第一连接件11及第二连接件18均为弹性杆，弹性杆由弹性材料制成。

本实施例中无线传输模块9为nrf无线传输芯片，其中nrf无线传输芯片与stm32处理器的连接方式，在无线数字通信领域为常规的技术，可以选用本领域技术人员所知的任一种连接方式及实现方式，只要达到数字无线传输的目的均可，在此不做限定。

实施例3

本实施例提供一种利用实施例1及实施例2所述的仿生式蚂蚁机器人的一种行走控制方法，其中主控mcu采用stem32处理器，该方法主要包括以下步骤：

s1、在主控mcu中分别设置转向舵机、第一跟随舵机及第二跟随舵机的行走启动时间，即分别设置第一定时器、第二定时器、第三定时器的定时时间。这样，转向舵机的行走启动时间为初始时间t0，第一跟随舵机的行走启动时间为t1，第二跟随舵机的行走启动时间为t2，其中t0<t1<t2。

s2、根据的行走启动时间，设置转向舵机、第一跟随舵机及第二跟随舵机的行走参数，行走参数包括直行参数、向左转弯参数及向右转弯参数。这样，转向舵机的行走参数为f0，第一跟随舵机的行走参数为f1，第二跟随舵机的行走参数为f2，f0＝f1＝f2，其中行走参数为f0包括直行参数f01、向左转弯参数f02、向右转弯参数f03；其中行走参数为f1包括直行参数f11、向左转弯参数f12、向右转弯参数f13；其中行走参数为f2包括直行参数f21、向左转弯参数f22、向右转弯参数f23；f01＝f11＝f21；f02＝f12＝f22；f03＝f13＝f23。这样，可以保证转向舵机、第一跟随舵机及第二跟随舵机的行走步调一致性。

其中，s1步和s2步可以通过以下的程序实现：

s3、向主控mcu发出行走指令，行走指令根据行走启动时间启动转向舵机、第一跟随舵机及第二跟随舵机启动，从而带动响应的机械退左右摆动行走；行走指令包括直行指令，向左转弯指令及向右转弯指令，直行指令与直行参数形成映射，向左转弯指令与向左转弯参数形成映射，向右转弯指令与向右转弯参数形成映射。这样，当发出行走指令时，转向舵机、第一跟随舵机及第二跟随舵机开始运行行走，转向舵机的在t0时刻根据行走参数f0行走，第一跟随舵机在t1根据行走参数f1行走，第二跟随舵机根据行走参数f2行走，因f0＝f1＝f2，即行走参数都一样，意味着行走的步调一致，只是转向舵机前启动后第一跟随舵机启动之后第二跟随舵机启动。这样，该仿生式蚂蚁机器人就能如蚂蚁一般地协调前进。

本实施例叙述的较为具体和详细，也给出了实施例的一些优选措施，但是，该实施例和优选措施并不能作为对本发明的限制，本领域的技术人员看到该方案时，做出的其他变形和等同手段的替换，均应在本发明的保护范围之内。