十七自由度人形机器人及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及机器人控制领域，尤其设及一种十走自由度人形机器人及其控制方 法。
【背景技术】
[0002] 目前智能机器人的应用越来越多，其中，轮式移动机器人即智能车的应用非常普 遍，其控制策略与方法日趋完善，但是，仿人行机器人由于其控制策略与方法复杂，抗干扰 能力差并没有得到开发。本发明旨在提出一种建立在十走自由度人形机器人上的控制策略 与方法。
[0003] 本发明采用一种十走自由度人形机器人为载体，所述载体由申请号为 CN201420296289. 1，公告号为 CN203901300U 的专利提出。
[0004] 申请号为CN201320544567. 6的专利，公开了一种巡线轨迹车，所述小车通过跨设 于黑色路线标识两侧的第一红外反射传感组件和第二红外反射传感组件对行走路线进行 采集，从而实施控制策略。
[0005] 申请号为CN201210454395. 3的专利，公开了一种利用传感器巡线的新型智能小 车，该专利的巡线部分使用的是灰度传感器，所述小车设有前后两排传感器，每排4个。两 侧的两个传感器负责检测路口信号，指导小车转弯；中间两个传感器跨设于黑色路线标识 两侧，对路线进行采集，从而实施控制策略。前排传感器负责采集前进路线采集并实施控制 策略，后排传感器负责倒车路线采集并实施控制策略。
[0006] 上述专利中不能很好地感测智能车的偏离状态，对智能车的控制不够精确。
【发明内容】
[0007] 本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中对机器人的控制不够精确的缺陷， 提供一种可W准确测量智能机器人的偏离程度，对机器人进行精确控制的十走自由度人形 机器人及其控制方法。
[000引本发明解决其技术问题所采用的技术方案是；
[0009] 提供一种十走自由度人形机器人，该机器人包括：
[0010] 多组传感器阵列，设于机器人两只脚的前脚掌和后脚跟部分，每组传感器阵列包 括至少四个传感器；当传感器位于指定路径时，产生传感信号；
[0011] 循迹检测模块，用于根据获取的传感器阵列的传感信号，分别判断机器人前脚掌 偏移程度和后脚跟偏移程度；
[0012] 控制模块，用于根据前脚掌和后脚掌偏移程度的组合选择预设的循迹策略，控制 机器人运动。
[0013] 本发明所述的十走自由度人形机器人中，所述传感器阵列在前脚掌的上边缘和外 边缘处呈L型排列，在后脚跟的下边缘和外边缘处呈L型排列。
[0014] 本发明所述的十走自由度人形机器人中，所述传感器阵列为单光束反射式光电传 感器阵列。
[0015] 本发明所述的十走自由度人形机器人中，该机器人还包括自动避障模块，分别安 装在机器人左脚掌前方和机器人头部。
[0016] 本发明所述的十走自由度人形机器人中，所述自动避障模块包括两根红外对管， 连接所述控制模块，安装在头部的红外对管随机器人头部转动，当其检测范围内有障碍物 时，输出信号给控制模块，通过控制模块控制机器人向另一方向转身；
[0017] 安装在机器人脚部的红外对管在检测到机器人脚前方检测范围内的障碍物信息 时，向所述控制模块发出信号，所述控制模块根据该信号确定障碍物的位置。
[0018] 本发明所述的十走自由度人形机器人中，在两脚的前脚掌部分还设有中断电路， 与设于前脚掌的传感器阵列连接，当传感器阵列中预设传感器同时位于指定路径时，输出 低电平信号，为控制模块提供中断信号。
[0019] 本发明还提供一种十走自由度人形机器人的控制方法，该控制方法基于上述机器 人，具体包括W下步骤：
[0020] 获取传感器阵列的传感信号，并根据传感信号分别判断机器人前脚掌偏移程度和 后脚跟偏移程度；
[0021] 根据前脚掌和后脚掌偏移程度的组合选择预设的循迹策略，控制机器人运动。
[0022] 本发明所述的方法中，所述循迹策略包括转后调整策略、直线循迹策略和弧线循 迹策略，机器人在所述转后调整策略的控制下，缩小机器人前进方向与指定路径方向的夹 角，并缩短机器人双脚对称中屯、与指定直线路径的直线距离；机器人前进方向和指定路径 方向夹角小于10度时，在直线循迹策略的控制下，沿指定路径直线行走；在弧线循迹策略 控制下，机器人沿指定圆弧路径行走。
[0023] 本发明所述的方法中，该方法还包括步骤：将机器人前脚掌偏移程度和后脚跟偏 移程度分为多个级别，不同级别对应不同的循迹策略。
[0024] 本发明所述的方法中，该方法还包括步骤：
[0025] 当传感器阵列在前脚掌和后脚跟均呈L型排列时，在前脚掌上边缘的多个相邻传 感器同时位于指定路线上时，输出高电平或者低电平信号，为控制模块提供中断信号，同时 累计中断累加次数，根据不同的中断累加次数，控制模块控制机器人执行不同的预设动作。
[0026] 本发明产生的有益效果是；本发明通过在十走度人形机器人两只脚的前脚掌和后 脚掌设置传感器阵列，根据传感器阵列感测的信号判断机器人前脚掌偏移程度和后脚跟偏 移程度；再根据前脚掌和后脚掌偏移程度的组合选择预设的循迹策略，控制机器人运动。本 发明通过多组传感器可W更准确测量智能机器人的偏离程度，从而实现对机器人的精确控 制。
[0027] 进一步地，本发明通过循迹策略，在直线循迹执行时，可W控制机器人前进方向 与正对指定路径方向夹角不超过20度，机器人双脚对称中屯、离指定路径直线距离不超过 3cm ;弧线循迹执行时，机器人始终能够抓住指定路径轨迹，机器人前进方向与弧线路径切 线方向夹角不超过25度，机器人双脚对称中屯、离指定路径直线距离不超过3cm ;在转后调 整中，机器人在路口经过转后调整后，其前进方向与指定路径方向夹角不超过10度，机器 人双脚对称中屯、离指定路径直线距离不超过1cm。
【附图说明】
[002引下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0029] 图1为本发明十走自由度人形机器人的示意图。
[0030] 图2为本发明实施例的循迹路线图。
[0031] 图3为本发明实施例的主程序流程图。
[0032] 图4为本发明实施例的中断服务程序流程图。
[0033] 图5为本发明实施例的结构示意图。
[0034] 图6为本发明实施例的单光束反射式光电传感器阵列示意图。
[0035] 图7为本发明实施例的循迹检测模块的ST188连接示意图。
[0036] 图8为本发明实施例的循迹检测模块的中断信号产生示意图。
[0037] 图9为本发明的自动避障功能流程示意图。
【具体实施方式】
[003引为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用W解释本发明，并不 用于限定本发明。
[0039] 本发明实施例的十走自由度人形机器人包括：
[0040] 多组传感器阵列，设于机器人两只脚的前脚掌和后脚跟部分，每组传感器阵列包 括至少四个传感器；当传感器位于指定路径时，产生传感信号；传感器可设置在两只脚的 外侧边缘，除了两只脚的内侧边缘。
[0041] 循迹检测模块，用于根据获取的传感器阵列的传感信号，分别判断机器人前脚掌 偏移程度和后脚跟偏移程度；
[0042] 控制模块，用于根据前脚掌和后脚掌偏移程度的组合选择预设的循迹策略，控制 机器人运动。
[00创如图6所示，所述传感器阵列在前脚掌的上边缘和外边缘处呈L型排列，在后脚跟 的下边缘和外边缘处呈L型排列。
[0044] 该机器人还包括自动避障模块，分别安装在机器人左脚掌前方和机器人头部。所 述自动避障模块包括两根红外对管，连接所述控制模块，安装在头部的红外对管随机器人 头部转动，当其检测范围内有障碍物时，输出信号给控制模块，通过控制模块控制机器人向 另一方向转身；
[0045] 安装在机器人脚部的红外对管在检测到机器人脚前方检测范围内的障碍物信息 时，向所述控制模块发出信号，所述控制模块根据该信号确定障碍物的位置。
[0046] 基于上述实施例的十走自由度人形机器人的控制方法具体包括W下步骤：获取 传感器阵列的传感信号，并根据传感信号分别判断机器人前脚掌偏移程度和后脚跟偏移程 度；根据前脚掌和后脚掌偏移程度的组合选择预设的循迹策略，控制机器人运动。
[0047] 如图1所示，本发明另一实施例的十走自由度人形机器人控制系统是W RoBo-SoulH3. 0人形机器人为载体，辅W循迹检测模块、驱动模块、避障模块、控制模块和 为整个系统供电的电源模块搭建而成。如图2所示，该图为机器人的循迹路线图，机器人从 起点开始沿黑色路径直线循迹；走到第一个T字路口，右转，走到货物前托起货物后退出第 一个T字路口，沿着黑色路径直线循迹；走到第二个T字路口，右转，走到货物框前放下货物 后退出第二个T字路口，沿着黑色路径直线循迹；走到第=个T字路口，将足球踢进球口， 右转后沿黑色路径直线循迹；走进第四个T字路口，判断障碍物方位并规避障碍物，选择正 确的路线到达第^；：个T字路口。离开第^;：个T字路口后，机器人开始圆弧循迹。走到口禁 处，打开口禁，进入舞蹈区域跳舞。主程序流程图和中断服务流程图分别如图3和图4所 示。该控制系统能使机器人实现循迹检测、路口转弯、搬运货物、踢球、自动避障、圆弧循迹、 打开口禁、舞蹈等动作及功能。如图5所示，控制模块的输出端口通过驱动模块驱动各个驼 机运动至合适的角度，让机器人实现动作；避障模块、循迹检测模块分别与控制模块的各数 据端口连接；电源模块直接与控制模块和驱动模块相连为之供电，并经过降压巧片降压后， 为驼机供电。控制模块为单片机。驱动模块为16路过载保护控制板。自动避障模块为红 外对管。循迹检测模块为单光束反射式光电传感器阵列，如图6所示。
[0048] 控制模块采用单片机STC12C5A60S2控制。打开电源开关后，单片机初始化，机器 人做出立正动作，调用转后调整程序，减小机器人前进方向与黑色路径方向夹角，缩短机器 人双脚对称中屯、与黑色路径的直线距离，然后判断中断累加数的值，执行对应的循迹策略。
[0049] 循迹检测模块是实现循迹检测程序的重要硬件平台，由24个stl88单光束反射式 红外光电传感器构成，24个stl88分为4组，分别放置于左右脚的前脚掌和后脚跟上，安装 图及其与单片机I/O 口连接图如图6所示。Stl88依据红外光在