一种仿生粘附式尺蠖机器人电控系统 |
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| 申请号 | CN201710797612.1 | 申请日 | 2017-09-06 | 公开(公告)号 | CN107450374A | 公开(公告)日 | 2017-12-08 |
| 申请人 | 哈尔滨工业大学; | 发明人 | 齐乃明; 叶炎茂; 霍明英; 张耀磊; 黄虎; 范国臣; 刘延芳; | ||||
| 摘要 | 一种仿生粘附式尺蠖 机器人 电控系统，属于电气工程技术领域，为了满足尺蠖机器人对空间目标进行 吸附 和巡游的需求。本 发明 的两组数字 舵 机分别控制尺蠖机器人的两足，每组数字舵机的N个数字舵机 串联 后连接 控制器 ，2N个数字舵机与两足的2N个关节一一对应，每个数字舵机的绝对码盘用于测量尺蠖机器人相应关节的转 角 ；每个粘附 吸盘 与K个距离 传感器 相对应，K个距离传感器用于测量相应粘附吸盘与目标平面的距离；控制器用于根据距离传感器和绝对码盘侧得的数据计算出尺蠖机器人的 位姿 ，并进行在线步态规划，生成控制指令，控制M个粘附吸盘的通断状态和2N个数字舵机的转动状态，完成尺蠖机器人的运动。本发明适用于控制仿生粘附式尺蠖机器人。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种仿生粘附式尺蠖机器人电控系统，其特征在于，包括控制器(1)、蓄电池(2)、2N个数字舵机(3)、M个粘附吸盘(4)、K×M个距离传感器(5)、第一蓝牙模块(6)、第二蓝牙模块(7)和地面计算机(8)；N、M和K均为正整数； |
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| 说明书全文 | 一种仿生粘附式尺蠖机器人电控系统技术领域[0001] 本发明属于电气工程技术领域，具体涉及仿生粘附式尺蠖机器人电控技术。 背景技术[0002] 在未来高技术战争中，卫星在军事方面的作用越来越重要，拥有反卫星技术手段能够在战争中取得关键优势。发展能够在非合作目标卫星上吸附、移动、潜伏和破坏的微小型反卫星机器人具有非常重要的现实意义。由于反卫星机器人是平时寄附在敌方卫星上，战时才对其进行攻击，这就要求反卫星机器人的体积和质量应做得很小，以免在和平时期就影响对方卫星的正常工作，提前激发不必要的矛盾。另外，空间非合作目标卫星外形通常较为复杂，且无合作化适配器接口，因此需要反卫星机器人的移动机构具有较强的形状适应能力以及吸附能力。 [0003] 在反卫星机器人的设计中，电控系统的设计具有重要地位。电控系统的设计需要配合反卫星机器人对目标进行吸附和巡游的需要，因此电控系统的设计中对粘附吸盘和舵机运动的是最为关键的。此外，电控系统的设计应遵循结构尽量简单，能耗尽量低的原则，并能够与机器人的其他系统相互协调。 发明内容[0004] 本发明的目的是为了满足尺蠖机器人对空间目标进行吸附和巡游的需求，从而提供一种仿生粘附式尺蠖机器人电控系统。 [0005] 本发明所述的一种仿生粘附式尺蠖机器人电控系统，包括控制器1、蓄电池2、2N个数字舵机3、M个粘附吸盘4、K×M个距离传感器5、第一蓝牙模块6、第二蓝牙模块7和地面计算机8；N、M和K均为正整数； [0007] 2N个数字舵机3均分为两组，两组数字舵机3分别控制尺蠖机器人的两足，每组数字舵机3的N个数字舵机3串联后连接控制器1，2N个数字舵机3与尺蠖机器人两足的2N个关节一一对应，每个数字舵机3的绝对码盘用于测量尺蠖机器人相应关节的转角； [0008] 每个粘附吸盘4与K个距离传感器5相对应，K个距离传感器5用于测量相应粘附吸盘4与目标平面的距离； [0009] 控制器1用于根据距离传感器5和绝对码盘侧得的数据计算出尺蠖机器人的位姿，并进行在线步态规划，生成控制指令，控制M个粘附吸盘4的通断状态和2N个数字舵机3的转动状态，完成尺蠖机器人的运动； [0010] 第一蓝牙模块6连接控制器1，第二蓝牙模块7连接地面计算机8，控制器1和地面计算机8通过第一蓝牙模块6和第二蓝牙模块7进行无线通讯。 [0011] 优选的是，数字舵机3采用RS-485通讯协议，角度分辨率为0.088°。 [0012] 优选的是，粘附吸盘4是一种基于仿壁虎粘附材料的吸盘，通过控制电压的大小来实现吸盘粘附和脱附。 [0013] 优选的是，K为3，3个距离传感器5沿粘附吸盘4的周向均匀分布。 [0014] 优选的是，N为3、M为2； [0015] 控制器1设有2个I/O接口、2个RS-485通讯接口、6个外设数据传输口、1个通讯设备接口和1个电脑连接端口； [0016] 控制器1分别通过2个I/O接口连接2个粘附吸盘4，分别通过2个RS-485通讯接口连接两组数字舵机3，分别通过6个外设数据传输口连接6个距离传感器5，通过通讯设备接口连接第一蓝牙模块6，外部设备通过电脑连接端口与控制器1通信。 [0017] 本发明的适用于空间零重力环境的仿生粘附式尺蠖机器人的电控系统，该系统通过距离传感器和数字舵机上的绝对码盘测量机器人的姿态和与目标的相对关系，并通过数字舵机能实现机器人的运动，从而完成机器人在目标表面的吸附和巡游。附图说明 [0018] 图1是实施例所述的一种仿生粘附式尺蠖机器人电控系统的原理示意图； [0019] 图2是实施例中的仿生粘附式尺蠖机器人的结构示意图； [0020] 其中，A0至A6为杆，B1至B6为关节。 具体实施方式[0021] 下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施例，但本发明的保护范围不限于下述实施例。 [0022] 实施例：本实施方式所述的一种仿生粘附式尺蠖机器人电控系统，包括控制器1、蓄电池2、6个数字舵机3、2个粘附吸盘4、6个距离传感器5、第一蓝牙模块6、第二蓝牙模块7和地面计算机8； [0023] 蓄电池2用于为控制器1提供11.1V的电源电压； [0024] 6个数字舵机3均分为两组，两组数字舵机3分别控制尺蠖机器人的两足，每组数字舵机3的3个数字舵机3串联后连接控制器1，6个数字舵机3与尺蠖机器人两足的6个关节B1至B6一一对应，杆A0至A6通过关节连接，每个数字舵机3的绝对码盘用于实时测量尺蠖机器人相应关节的转角； [0025] 每个粘附吸盘4与3个距离传感器5相对应，3个距离传感器5用于测量相应粘附吸盘4与目标平面的距离； [0026] 控制器1用于根据距离传感器5和绝对码盘侧得的数据计算出尺蠖机器人的位姿，并进行在线步态规划，生成控制指令，控制2个粘附吸盘4的通断状态和6个数字舵机3的转动状态，完成尺蠖机器人的运动； [0027] 第一蓝牙模块6连接控制器1，第二蓝牙模块7通过转换器与地面计算机的VGA接口相连，控制器1和地面计算机8通过第一蓝牙模块6和第二蓝牙模块7进行无线通讯。 [0028] 蓝牙模块为2.4GHz蓝牙模块，控制器1是一款高端机器人控制器，6个距离传感器分别单独与控制器1通过外设数据传输口相连，彼此相互独立； [0029] 本实施方式中，控制器1设有2个I/O接口、4个RS-485通讯接口、6个外设数据传输口、1个通讯设备接口和1个电脑连接端口； [0030] 控制器1分别通过2个I/O接口连接2个粘附吸盘4，分别通过2个RS-485通讯接口连接两组数字舵机3，剩余2个RS-485通讯接口备用，分别通过6个外设数据传输口连接6个距离传感器5，通过通讯设备接口连接第一蓝牙模块6，外部设备通过电脑连接端口与控制器1通信。 [0031] 通过控制I/O口的电压大小，能够实现尺蠖机器人粘附吸盘4吸附和脱附状态的控制。通过每个粘附吸盘上3个距离传感器5测得的距离信息，可以计算得到粘附吸盘底部平面相对目标平面的位置和姿态信息。通过6个数字舵机3上的绝对码盘测得的关节转角信息，能够计算得到尺蠖机器人的姿态信息。再通过在线的步态规划，生成尺蠖机器人下一步的步态信息。该电控系统可以驱动机器人的6个数字舵机3以一定的转速和角加速度进行运动，从而完成机器人在目标表面的吸附和巡游。 [0032] 电控系统能够对粘附吸盘吸附目标的过程进行可靠控制，并能通过控制机器人的六个数字舵机完成机器人的尺蠖步态运动。 [0033] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。 |
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