田皓宇 劉福裕 韓冰 趙楊 王雪偉

隨著現代科技的發(fā)展近年來機器人受到各行各業(yè)的青睞，尤其是在火災救援、地質災害救援時因可代替人員進行搜救深受喜愛，本文基于，設計了一款可在履帶運動模式、四足運動模式自由切換的機器人，本文所研究的機器人是基于熱傳感模塊、opencv技術的視覺火源識別定位系統(tǒng)和電磁彈射系統(tǒng)的消防偵察機器人。在軍事、生活、工業(yè)領域越來越受社會和國家重視，而能夠適應復雜環(huán)境地形的足式機器人更是受到廣泛關注，足式機器人可以擺脫 輪式機器人對復雜環(huán)境地形的限制，自由穿梭于森 林、河流、山坡、沙漠等嚴峻的地貌。足式機器人 又分為雙足、四足、六足，其中四足的應用范圍較 其他 2 種更為廣泛。美國 Shigle 及 Baldwin 在 20 世紀 60 年代開始設計使用凹凸輪的連桿機構來 設計機動性較好的步行車，但由于技術限制，步行 車的復雜地面車適應性較差，1968 年美國人 MOSher 設計出 Walking Truck。Walking Truck 雖然 在操作過程中并不能實現流暢行走，但是其已經具 備有效行走及跨過障礙物的能力，Walking Truck 的 出現被視為現代步行機器人發(fā)展歷程中的偉大突破

目前我國的消防偵察無人機和智能化高射水炮迅速發(fā)展，但是仍存在著許多缺點，如消防無人機存在空中發(fā)射后坐力大和需要破窗進入的缺點，高射水泡存在著靈活性和機動性較差的問題。針對上述問題，筆者設計了一款可在履帶運動模式、四足運動模式自由切換，基于熱傳感模塊、opencv技術的視覺火源識別定位系統(tǒng)和電磁彈射系統(tǒng)的消防偵察機器人?？蓱糜跇堑?、復雜地形的消防和偵察。

1.結構設計

目前四足機器人用腿部來區(qū)分主要分為串聯腿和并聯腿，根據關節(jié)配置進行分類分為外膝肘式、全肘式、全膝式、內膝肘式。根據自由度來劃分，主要分為8個自由度和12個自由度。目前的足端的設計主要分為球形足端、圓柱形足端、仿生足端。本文設計的為偽球形足端，偽球形足端擁有和球形足端一樣的環(huán)境適應能力，但在防滑和穩(wěn)定上更勝一籌，如圖。

本設計將波士頓動力的無刷電機改用做舵機作為動力，舵機的控制原理較為容易，需要一個20 ms的脈沖周期，本設計使用180°舵機，在 20 ms 的脈沖周期中使用不同占空比的高低電平，不同的占空比對應的角度不同[13-14]，占空比和角度對應比如表 1所示。

控制算法模型是以每個腿建立中心點，采用運動學逆解，進行計算。

將足端坐標離散化，離散為許多小點再用逆解將足端坐標轉換成舵機轉動角度。

我國樓房建筑踏步樓梯的尺寸一般情況下為樓梯的寬度為300mm，高度為150mm。四足機器人的最大長度為因此必須保證y不小于150mm，x為100mm

根據機械的整體設計四足機器人各零件對應的尺寸如表 2

根據大腿、小腿長度進行推算。

本文對單腿運動學逆解的采用幾何法進行分析：

以大腿的圓心建立坐標原點為o，已知足端坐標為（x，y），a為公共邊。

求出來、后既可確定出舵機的轉動角度。

公式中先計算出小腿的舵機轉動角度再根據小腿舵機角度，計算出大腿舵機轉動角度步態(tài)采用單腿前進步態(tài)，每個的足端相差 1/2.5 個相位。

參考文獻

[1]麥楊杰，袁泓博，郭建，等. 仿生四足機器人的設計與 運動步態(tài)分析[J]. 機械制造，2019，57（12）： 52-55，114.

[2]黃寅光，劉祚時. 基于線性 CCD 仿生四足爬坡的設計和 實現[J]. 制造業(yè)自動化，2019，41（11）： 73-76，123.