一种六肢昆虫运动方式确定方法、仿生六肢昆虫机器人及其使用方法_2

文档序号:9679210阅读:来源:国知局
有技术,本发明的有益效果为:
[0079] (1)本发明的仿生六肢昆虫机器人能够充分应用六肢昆虫运动方式,精确模拟六 肢昆虫,实现在抗震救灾等特殊环境的捜查、探索应用,其运动灵活,灵敏度高,运动稳定性 高,能够翻越不同障碍物,适应凹凸不平的路面状况;
[0080] (2)本发明确定六肢昆虫运动方式的方法,通过对六肢昆虫模型进行了简化;并建 立了六肢昆虫运动学分析模型,推导出了六肢昆虫在运动过程中各肢体的运动位姿,建立 了六肢昆虫各肢体与肢体内连接处的微分运动关系及速度、加速度分析方法,并利用 MA化AB进行了运动学仿真验证,结果表明在给定肢体内连接点活动范围内,确定的六肢昆 虫运动方式与六肢昆虫实际运动时肢体的加速度、速度基本一致,从而验证了理论分析的 正确性和可行性,为仿生六肢昆虫机器人的制造和应用等奠定了基础;
[0081] (3)本发明仿生六肢昆虫机器人的使用方法通过控制机器人采用接近六肢昆虫的 实际运动方式,具有模拟效果逼真的优点;
[0082](4)本发明方法通过在肢体各连接点建立坐标系,能够准确了解六肢昆虫爬行时 运动规律的优点;
[0083](5)本发明方法通过肢体各连接点的位姿分析,并采用矩阵求解方法,获得了小臂 端点相对于本体的动态位置,运样做可W提高仿生六肢昆虫机器人的灵活度;
[0084] (6)本发明方法通过对时间求导,并结合雅可比矩阵求解和变换得到六肢昆虫肢 体运动过程中的线速度、角速度矢量公式和加速度公式,运样获得的运动规律更加精确,W 便设计高精度仿生六肢昆虫机器人。
【附图说明】
[0085]图1为本发明仿生六肢昆虫机器人机构简图;
[0086] 图2为本发明方法模型简图;
[0087]图3为本发明方法前肢建模图;
[0088]图4为本发明方法中肢建模图;
[0089]图5为本发明方法后肢建模图;
[0090]图6为本发明方法肢体速度综合仿真图;
[0091 ]图7为本发明方法肢体加速度综合仿真图。
【具体实施方式】
[0092] 下面结合附图对本发明进行详细描述。
[0093] 如图1所示,一种仿生六肢昆虫机器人,包括本体和肢体,肢体包括一对前肢、一对 中肢和一对后肢,一对前肢分别对称设置在本体前端的两侧,一对中肢分别对称设置在本 体中部的两侧,一对后肢分别对称设置在本体后端的两侧;前肢、中肢和后肢均包括大臂、 中臂和小臂;大臂与本体连接;中臂与大臂连接;前肢大臂长度为Si= 50mm、前肢中臂长度 为S2= 150mm、前肢小臂长度为S3 = 200mm;大臂与本体之间的连接为活动范围0~30°的连 接;大臂和中臂之间的连接、中臂和小臂之间的连接均为活动范围0~90°的连接;小臂与中 臂连接。前肢长度为b= 400臟,则中肢L2 = 1~1.3。= 400~520臟,L3 = 1.1~1.35L2 = 440 ~702臟。
[0094]-种仿生六肢昆虫机器人的使用方法,其步骤为:
[00%] 1)使用前准备,启动机器人控制电源,将控制元件初始化,启动信号接收器,建立 控制元件与计算机的无线连接;
[0096] 2)运动准备,通过计算机向控制元件输入信号,限定各肢体大臂、中臂、小臂之间 活动范围与时间的变化关系:
[0097]前肢本体与大臂之间、大臂与中臂之间、中臂与小臂之间的活动范围随时间t的变 化关系分别是:
[009引 011 = 0,目 12 = 31/巧sin2(t),目i3 =V巧sin2(t);
[0099]其中011为前肢本体与大臂之间的夹角,012为前肢大臂与中臂之间的夹角,013为前 肢中臂与小臂之间的夹角;
[0100] 中肢本体与大臂之间、大臂与中臂之间、中臂与小臂之间的活动范围随时间t的变 化关系分别是:
[0101] 021= 0,目22= V巧sin2(t+3l/6),目23 = V巧sin2(t+3l/6);
[0102] 其中02功中肢本体与大臂之间的夹角,022为中肢大臂与中臂之间的夹角,023为中 肢中臂与小臂之间的夹角;
[0103]后肢本体与大臂之间、大臂与中臂之间、中臂与小臂之间的活动范围随时间t的变 化关系分别是:
[0104] 031 = 0,目32 =V巧sin2(t+3i/3),目33 =V巧sin2(t+3i/3);
[0105] 其中031为后肢本体与大臂之间的夹角,032为后肢大臂与中臂之间的夹角,033为后 肢中臂与小臂之间的夹角;
[0106] 3)通过计算机输入信号,控制各肢体大臂、中臂、小臂连接处按如下运动速度执 行:
[0107] 前肢;
[0108]本体与大臂连接处的角速度为
[0109]馬=0,
[0110] 角加速度为
[0111] 白"二(). ,
[0112] 大臂与中臂连接处的角速度为
[0114] 角加速度为
[0115] 句3 =知 *COSp/);
[0116]中臂与小臂连接处的角速度为
[011引角加速度为
[0119] 白I; =,"/*cos(2〇 .
[0120]中肢:
[0121 ]本体与大臂连接处的角速度为
[0122]0" = 0 ,
[0123] 角加速度为
[0124] 4=0.
[0125] 大臂与中臂连接处的角速度为
[0127] 角加速度为
[0129]中臂与小臂连接处的角速度为
[0131] 角加速度为
[0133] 后肢:
[0134] 本体与大臂连接处的角速度为
[0135] 為1=0,
[0136] 角加速度为
[0137] 々1=0.
[0138] 大臂与中臂连接处的角速度为
[0140] 角加速度为
[0142]中臂与小臂连接处的角速度为
[0144] 角加速度为
[0146] 其中t的初始值为0;
[0147] 4)断开机器人控制电源,运动停止。
[0148] -种六肢昆虫运动方式确定方法,其步骤为:
[0149] 1)数据采集,采集六肢昆虫肢体静态数据和运动过程中的运动数据,静态数据为 六肢昆虫肢体与本体的位置关系W及大臂、中臂、小臂之间的长度比例关系;运动数据为大 臂相对于本体、中臂相对于大臂、小臂相对于中臂的活动范围和角度;并依照该静态数据和 运动数据制作仿生六肢昆虫机器人的理论模型或实体模型;
[0150] 2)根据步骤1)中所采集的静态数据和运动数据计算模型中大臂与本体、中臂与大 臂、小臂与中臂之间的位置关系,该位置关系通过在本体质屯、、大臂与中臂连接点、中臂与 小臂连接点、小臂端点四点建立S维坐标系,再用各点的坐标值表示;求解各坐标值的关 系,得到小臂端点相对于本体的动态位置,该动态位置用第一坐标公式表示;
[0151] 3)将步骤2)中根据静态数据和运动数据得到的第一坐标公式对时间求导,并结合 雅可比矩阵求解和变换得到六肢昆虫肢体运动过程中的线速度、角速度矢量公式和加速度 公式;
[0152] 4)将步骤1)中采集的六肢昆虫肢体静态数据和步骤3)中得到的六肢昆虫肢体运 动过程中线速度、角速度矢量和加速度同时输入计算机,采用MATLAB软件进行仿真分析,与 六肢昆虫实际运动方式相比较,确定仿生六肢昆虫机器人的运动方式;
[0153]下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
[0154]实施例1
[0155]如图1所示,一种仿生六肢昆虫机器人,包括本体和肢体,肢体包括一对前肢、一对 中肢和一对后肢,一对前肢分别对称设置在本体前端的两侧,一对中肢分别对称设置在本 体中部的两侧,一对后肢分别对称设置在本体后端的两侧;前肢、中肢和后肢均包括大臂、 中臂和小臂;大臂与本体连接;中臂与大臂连接;前肢大臂长度为Si= 50mm、前肢中臂长度 为S2=150mm、前肢小臂长度为S3 = 200mm;中肢大臂长度为Si= 60mm、中肢中臂长度为S2= 180mm、中肢小臂长度为S3 = 240mm;后肢大臂长度为Si= 72mm、后肢中臂长度为S2= 216mm、 前肢小臂长度为S3 = 288mm;大臂与本体之间的连接角度为30%大臂和中臂之间的连接、中 臂和小臂之间的连接均为活动范围0~90°的连接。
[0156] -种仿生六肢昆虫机器人的使用方法,其步骤为:
[0157] 1)使用前准备,启动机器人控制电源,将控制元件初始化,启动信号接收器,建立 控制元件与计算机的无线连接;
[0158] 2)运动准备,通过计算机向控制元件输入信号,限定各肢体大臂、中臂、小臂之间 活动范围与时间的变化关系:
[0159]前肢本体与大臂之间、大臂与中臂之间、中臂与小臂之间的活动范围随时间t的变 化关系分别是:
[0160] 011 = 0,目12 = 31/巧sin2(t),目i3 = V巧sin2(t);
[0161]其中011为前肢本体与大臂
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