八足蜘蛛仿生机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机器人仿生领域，是结合机械、电子、计算机、控制技术和仿生学为一体的机电一体化设备。
【背景技术】
[0002]仿生爬行机器人与传统的轮式驱动的机器人不同，采用类似生物的爬行机构进行运动。这种运动方式使得机器人可以具有更好的与接触面的附着力，和越障能力，在军事的侦察及民用高层建筑外墙壁清洁等领域都具有非常广泛的应用潜力。
[0003]但一直以来由于这类爬行机器人在机构，驱动和控制方面的特殊要求，使得实际制作出的仿生爬行机器人很难达到预先的设计效果，因而爬行机器人所具有的一系列潜在优越性能得不到实际体现。鉴于以上的现状我们采用仿蜘蛛爬行机理设计并实现了一种八足爬行机器人。
【发明内容】
[0004]为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种八足蜘蛛仿生机器人。
[0005]蜘蛛的爬行机理:蜘蛛属于节肢动物门蛛形纲，拥有八足。蜘蛛的每条腿与地面接触处有60万根细刚毛能使蜘蛛悬挂在天花板上，能支撑超过蜘蛛体重170倍的重量。而且蜘蛛在进行悬挂天花板爬行时，每次迈出一条腿，其余七条腿附着在天花板上，当全部八条腿移动完毕后身体向前近一步，以此往复向前行进，体现了优越的爬行能力。本机器人能够完全实现蜘蛛的爬行机理和攀爬能力。
[0006]机械部分以蜘蛛的原型比例进行设计，在机构运动中实现自锁，并用特殊的结构使一个电机可以同时控制整个系统的多个自由度，从而使系统更加简洁重量上也得以减轻。机器人分别由八个独立的脚落地进行支撑，在每个脚与地接触点加上脚套以增加脚与地面接触时的摩擦力防止打滑。大部分的材料选用硬铝合金以使机器人的总体质量尽量减轻，关键的螺旋转动副材料使用黄铜以减少摩擦系数，提高耐磨性。机器人的八条腿各自通过转动副与底板相连接，成为一个整体。这八条腿分为两种类型，一种为Z形上腿，一种为一字形下腿，这两种类型的腿交替的布置在机器人的两侧。在机构方面采用了类似划船的机械结构使得可以由10个电动机实现对16个自由度的控制，结构简洁高效。由于采用八足的抓地结构，使得机器人拥有惊人的与地面的附着力，而且当施加强大外力时整体机身由于自身刚性可产生一定偏移，当外力撤销后自动恢复到初始位置。
[0007]整个机器人采用带减速器的直流电机作为驱动元件，驱动电压为24v。电路方面采用两片PIC单片机作为控制核心，并用4X5的开关矩阵占用单片机的9个I/O 口实现对20个碰撞开关传感器状态的扫描。在各关键输出配置发光二级管清晰的反应出系统的运行状态。整体电路稳定，清晰，可靠。
[0008]控制程序力求简单，两单片机通信采用6个I/O 口编码进行传输可以传输2的6次方种不同编码，可以准确高效的实现两单片机之间的复杂代码的通信。
【附图说明】
[0009]图1是一字形下腿结构简图:
图1中，1-电动机；2_螺旋传动副。
[0010]图2是Z形上腿结构简图:
图2中，1-电动机；2-螺旋传动副。
[0011]图3是电路的控制流程图；
图4是第一片单片机程序流程图。
【具体实施方式】
[0012]机器人的八条腿各自通过转动副与底板相连接，成为一个整体。这八条腿分为两种类型，一种为Z形上腿，一种为一字形下腿，这两种类型的腿交替的布置在机器人的两侦U。首先上下两块滑板卡在固定在底盘上的四个L形支撑块内侧的卡槽中，使得约束着上下滑板，在平行于底盘的平面上沿蜘蛛机器人前后方向直线运动。上Z形腿的顶端插入销钉并使销钉卡入上滑板的滑槽当中，上滑板设计有四条滑槽用来分别卡入四条Z形腿顶端插入的销钉，滑板由滑板周围的四个带滑槽的支撑块进行约束使其在平行于底板的平面内沿机器人的前后方向进行运动。上滑板向前运动带动四条Z形腿的顶端向前运动，于是四条Z形腿同时实现向后方向的摆动运动。下滑板用同样的方式与四条一字形腿联结。
[0013]本机器人选用两片型号为PIC16F877A的PIC单片机作为控制芯片。其中第一片单片机PiCl通过循环发送测试电平并采集反馈电平实现对系统运动状态的实时采集。Picl接收由位置传感器发送的信号后进行判断并生成对应的编码发送给第二片单片机Pic2。第二片单片机Pic2实时对所接收到的编码进行扫描，根据所接收编码向对应电动机驱动芯片的对应管脚发送电平控制信号，如正转，反转，停的信号，驱动芯片A3952驱动对应的电动机进行相应的动作。动作的结果被传感器检测到后对单片机发出信号。由此完成一个最基本控制行走的闭环反馈过程。
[0014]控制程序用来操纵和处理信号，接收硬件采集到的信息后进行处理发出控制信号驱动整个机器人系统的运动过程，从而实现整个闭环反馈系统的运作。。其中第一片单片机通过循环发送测试电平并采集反馈电平实现对系统运动状态的实时采集，并进行编码后向第二片单片机发送编码。第二片单片机实时对所接收到的编码进行扫描根据所接收编码向对应电动机驱动芯片的对应管脚发送电平控制信号，使其驱动电动机做相应运动。控制程序为整个闭环控制系统的核心，它负责对信号进行接收，处理，编码，发送等工作。
【主权项】
1.一种八足蜘蛛仿生机器人，其特征在于:通过两片单片机作为控制芯片，通过编制的控制程序和设计的电路，最终控制八足蜘蛛仿生机器人运动。
2.根据权利要求1所述八足蜘蛛仿生机器人，其特征在于，所述八足蜘蛛仿生机器人模拟蜘蛛爬行机理实现运动。
3.根据权利要求1所述八足蜘蛛仿生机器人，其特征在于，所述八足蜘蛛仿生机器人选用两片型号为PIC16F877A的PIC单片机作为控制芯片，由此完成控制行走的闭环反馈过程。
4.根据权利要求1所述八足蜘蛛仿生机器人，其特征在于，所述八足蜘蛛仿生机器人主控制程序代码在专用的MPLAB6.0开发环境下完成，该开发环境在安装PICC8，O编译器后直接用C语言进行代码的编写。
【专利摘要】本发明公开了一种八足蜘蛛仿生机器人，其特征在于：通过编制控制程序和设计的电路，最终控制八足蜘蛛仿生机器人不仅可以在地面上行走并逾越障碍，而且可以在垂直的墙壁甚至倒立在天花板上行走。
【IPC分类】B62D57-032
【公开号】CN104691646
【申请号】CN201310657028
【发明人】孙宝恒
【申请人】孙宝恒
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2013年12月9日