一種基于仿生學原理的軍用仿生作戰(zhàn)機器人的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001]本實用新型屬于機器人技術(shù)領域，具體涉及一種基于仿生學原理的軍用仿生作戰(zhàn)機器人。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代戰(zhàn)爭其實就是高技術(shù)條件下的戰(zhàn)爭，軍事實力的較量很大程度上是武器裝備的較量。在這種條件下，可代替人類執(zhí)行作戰(zhàn)任務的各式軍用機器人應運而生。一方面，由于作戰(zhàn)形式變化多端，戰(zhàn)場環(huán)境錯綜復雜，在執(zhí)行軍事任務時，可能會遇到或平整、或崎嶇的路面，也有可能遇到諸如壕溝、水溝等難以穿行的路況，這對軍用機器人通過能力提出了很高的要求。另一方面，目前生產(chǎn)的機器人大多是單一的輪式或單一的履帶式運動結(jié)構(gòu)。單一輪式結(jié)構(gòu)機器人，耗能較少、機動性強，但是難以穿過復雜的路況，環(huán)境適應性較差;單一的履帶式機構(gòu)機器人，越障能力有所提高，但是其耗能較高，在平坦的路面上產(chǎn)生能量的浪費，機動靈活性較差。此外，在一些惡劣的環(huán)境中，如遇到河溝、壕溝等障礙時，大部分機器人就會難以通行，影響其作戰(zhàn)性能的發(fā)揮。因此，針對復雜的路面情況，設計出一種具有多種運動模式，既能有效避免能量的損失，又具有很強的越障通行能力的機器人，對于完成多樣化作戰(zhàn)和勘察任務、減少人員傷亡具有很重要的意義。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型的目的在于解決上述的技術(shù)問題而提供一種基于仿生學原理的軍用仿生作戰(zhàn)機器人。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案:
[0005]—種基于仿生學原理的軍用仿生作戰(zhàn)機器人，包括機體，所述機體具有可拆卸安裝不同作戰(zhàn)模塊的機載平臺，所述機體外側(cè)安裝有六只可實現(xiàn)機器人在爬行、飛行及輪式三種運動狀態(tài)間切換的仿生行走腿，所述機體安裝有中央處理模塊，與所述中央處理模塊連接的數(shù)據(jù)傳輸模塊、定位模塊、傳感器模塊以及電機控制模塊，所述電機控制模塊與控制機器人動作的電機模塊相連接;其中，每只仿生行走腿包括可實現(xiàn)上下及前后擺動的支撐腿部，所述支撐腿部的下部安裝有滾動輪，所述滾動輪的外側(cè)安裝有可轉(zhuǎn)動的蹄型足，所述支撐腿部的中部安裝飛行旋翼。
[0006]所述支撐腿部的上部連接支撐腿部擺動控制裝置，所述支撐腿部擺動控制裝置包括用于實現(xiàn)所述旋翼飛行器的打開或閉合的第一轉(zhuǎn)動機構(gòu)、用于實現(xiàn)所述支撐腿部上下擺動的第二轉(zhuǎn)動機構(gòu)，所述第一轉(zhuǎn)動機構(gòu)與所述第二轉(zhuǎn)動機構(gòu)通過兩個連接板形成的連接部相連接，所述連接部與所述機體通過實現(xiàn)所述支撐腿部前后擺動的第三轉(zhuǎn)動機構(gòu)相連接。
[0007]所述支撐腿部包括兩塊相對設置的支撐板，每塊支撐板通過蹄型足轉(zhuǎn)動軸連接兩個蹄型足，每個所述蹄型足通過一伸縮桿連接所述支撐板，所述滾動輪通過輪軸安裝在所述兩個支撐板之間；當所述蹄型足處于升起狀態(tài)時，所述滾動輪與支撐面接觸。
[0008]所述飛行旋翼的空心杯電機安裝在所述兩個支撐板之間，連接所述空心杯電機的螺旋槳位于一個所述支撐板的外側(cè)。
[0009 ]所述傳感器模塊包括陀螺儀模塊、紅外探測模塊、視頻傳感器。
[0010]所述數(shù)據(jù)傳輸模塊通過無線模塊連接遠程控制模塊，所述遠程控制模塊包括控制端模塊以及與所述控制端模塊相連接的上位機，所述控制端模塊與所述數(shù)據(jù)傳輸模塊相連接。
[0011 ]所述中央處理模塊通過CAN總線與所述定位模塊相連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，所述定位模塊采用軍用北斗定位模塊。
[0012]所述中央處理模塊具有用于與不同作戰(zhàn)模塊進行連接的1\0接口模塊。
[0013]所述機器人的外表面涂裝有偽裝料材層。
[0014]所述機載平臺包括旋轉(zhuǎn)套筒以及與所述旋轉(zhuǎn)套筒連接的伸縮控制臂，所述旋轉(zhuǎn)套筒的上方安裝有作戰(zhàn)模塊搭載架，所述作戰(zhàn)模塊搭載架與所述縮控制臂的另一端相連接。
[0015]本實用新型利用仿生的六腿結(jié)構(gòu)實現(xiàn)機器人在平整路面上的移動和崎嶇路面上的行走，利用飛行旋翼結(jié)構(gòu)完成機器人的飛行控制，通過機載平臺上的可拆卸功能實現(xiàn)不用作戰(zhàn)模塊的安裝，三種運動姿態(tài)的設計提高了該機器人的環(huán)境適應性，不同的模塊化作戰(zhàn)模塊使得該機器人能夠完成多樣化的偵察、排爆、打擊、攜行等作戰(zhàn)任務，解決了目前野戰(zhàn)用機器人越障性能較差、運動方式單一的問題。
【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型實施例提供的仿生作戰(zhàn)機器人在爬行狀態(tài)下的示意圖；
[0017]圖2為本實用新型實施例提供的仿生作戰(zhàn)機器人在飛行狀態(tài)下示意圖；
[0018]圖3為本實用新型實施例提供的的仿生作戰(zhàn)機器人的仿生行走腿的示意圖；
[0019]圖4為本實用新型實施例提供的的仿生作戰(zhàn)機器人的三角步態(tài)行走的示意圖；
[0020]圖5所示為本新型的仿生作戰(zhàn)機器人的工作流程示意圖；
[0021 ]圖6所示為本新型的仿生作戰(zhàn)機器人的控制系統(tǒng)的原理圖。
【具體實施方式】
[0022]下面，結(jié)合實例對本實用新型的實質(zhì)性特點和優(yōu)勢作進一步的說明，但本實用新型并不局限于所列的實施例。
[0023]參見圖1-6所示，一種基于仿生學原理的軍用仿生作戰(zhàn)機器人，包括機體100，所述機體具有可拆卸安裝不同作戰(zhàn)模塊30的機載平臺10，所述機體外側(cè)安裝有六只可實現(xiàn)機器人在爬行、飛行及輪式三種運動狀態(tài)間切換的仿生行走腿20，參見圖6所示，所述機體安裝有中央處理模塊，與所述中央處理模塊連接的數(shù)據(jù)傳輸模塊、定位模塊、傳感器模塊以及電機控制模塊，所述電機控制模塊與控制機器人動作的電機模塊相連接;參見圖1-3所示，其中，每只仿生行走腿包括可實現(xiàn)上下及前后擺動的支撐腿部，所述支撐腿部的下部安裝有滾動輪23，所述滾動輪的外側(cè)安裝有可轉(zhuǎn)動的蹄型足24，所述支撐腿部的中部安裝飛行旋翼。
[0024]所述電機模塊包括多個電機，用于實現(xiàn)運動控制，主要利用PffM脈寬調(diào)制實現(xiàn)對電機速度的控制，電機上自帶編碼器等傳感器反饋狀態(tài)信號，從而實現(xiàn)對電機的PID控制，從而實現(xiàn)機器人的運動狀態(tài)的控制。
[0025]傳統(tǒng)的輪式或履帶不適用于山地和多障礙地面行進，而六足機器人可以在這些路面行走、拐彎、跨越障礙物，六足結(jié)構(gòu)的足部落腳點的面積小的特點使其對坑洼山地的機動性和適應性更強，具有更高的越障能力，同時能保持機器人整體平衡度。
[0026]六腿結(jié)構(gòu)的行走運動是通過三角步態(tài)實現(xiàn)的。三角步態(tài)是六腿機器人的兩組腿(機體一側(cè)的前腿、后腿與另一側(cè)的中腿)，即處于支撐三角形上的三條腿的動作完全一樣，均處于擺動相或均處于支撐相。本實用新型機器人的三角步態(tài)運動如圖4所示。
[0027]以下為詳細對三角步態(tài)解釋:
[0028]參見圖4所示，機器人開始運動時，首先左側(cè)前腿201及左側(cè)后腿203，右側(cè)中腿205構(gòu)成三角形支架，以保證機器人重心在處于三角形內(nèi)，具有穩(wěn)定性，不易摔倒。右側(cè)前腿204及右側(cè)后腿206和左側(cè)中腿202抬起，準備向前擺動。左側(cè)中腿202、右側(cè)前腿204及右側(cè)后腿206向前跨步。由于左側(cè)中腿202、右側(cè)中腿204及右側(cè)后腿206的跨步擺動使起支撐的左側(cè)前腿201及左側(cè)后腿203、右側(cè)中腿205進行了一定角度的擺動，在支撐機器人本體的同時，機器人機體也向前運動半個步長S。
[0029]機器人集體前進半步長S后，擺動的左側(cè)中腿202、右側(cè)前腿204及右側(cè)后腿206迅速放下，接替左側(cè)前腿201及左側(cè)后腿203、右側(cè)中腿205形成新的三角支撐，是機器人的重心位置穩(wěn)定處于左側(cè)中腿202、右側(cè)前腿204及右側(cè)后腿206三條支撐腿所構(gòu)成的三角支架內(nèi)，左側(cè)前腿201及左側(cè)后腿203、右側(cè)中腿205已抬起進入擺動狀態(tài)，做好向前跨步的準備，左側(cè)前腿201及左側(cè)后腿203、右側(cè)中腿205號擺動腿向前跨步擺動，左側(cè)中腿202、右側(cè)前腿204及右側(cè)后腿206—邊支撐本體一邊帶動機器人機體使其又向前運動半個步長S，以上運動為一個整周期。
[0030]具體實現(xiàn)上，所述支撐腿部的上部連接支撐腿部擺動控制裝置，所述支撐腿部擺動控制裝置包括用于實現(xiàn)所述旋翼飛行器的打開或閉合的第一轉(zhuǎn)動機構(gòu)26、用于實現(xiàn)所述支撐腿部上下擺動以行走的第二轉(zhuǎn)動機構(gòu)27，所述第一轉(zhuǎn)動機構(gòu)與所述第二轉(zhuǎn)動機構(gòu)通過兩個連接板形成的連接部29相連接，所述連接部與所述機體100通過實現(xiàn)所述支撐腿部前后擺動的第三轉(zhuǎn)動機構(gòu)28相連接。
[0031]本實用新型中，所述第一轉(zhuǎn)動機構(gòu)與所述第二轉(zhuǎn)動機構(gòu)、第三轉(zhuǎn)動機構(gòu)均可以采用舵機驅(qū)動轉(zhuǎn)動軸實現(xiàn)，該舵機電機可以一個角度一個角度旋轉(zhuǎn)，舵機的調(diào)速是通過控制電機的頻率來獲得的。一般控制信號頻率越高，電機轉(zhuǎn)的越快，頻率越低，轉(zhuǎn)的越慢。標準的舵機有三條控制線，分別為:電源、地及控制。電源線與地線用于提供內(nèi)部的直流馬達及控制線路所需的能源，電壓通常介于4V—6V之間。輸入一個周期性的正向脈沖信號，這個周期性脈沖信號的高電平時間通常在Ims—2ms之間，而低電平時間應在5ms到20ms之間。旋翼飛行器的打開和閉合是通過第一轉(zhuǎn)動機構(gòu)來實現(xiàn)。通過操縱舵機運轉(zhuǎn)，帶動六足連接處繞第一轉(zhuǎn)動機構(gòu)的軸旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)六旋翼機構(gòu)的打開或閉合。
[0032]其中，所述支撐腿部包括兩塊相對設置的支撐板21，每塊支撐板通過蹄型足轉(zhuǎn)動軸連接兩個蹄型足24，每個所述蹄型足24通過一伸縮桿241連接所述支撐板21，所述滾動輪23通過輪軸安裝在所述兩個支撐板21之間；當所述蹄型足24處于升起狀態(tài)時，所述滾動輪23與支撐面，或地面接觸，實現(xiàn)輪式運動，當所述當所述蹄型足24處于放下狀態(tài)時，所述蹄型足24與地面接觸，此時實現(xiàn)爬行運行。
[0033]其中，所述的伸縮桿241是實現(xiàn)輪式運動模式與六足爬行運動模式轉(zhuǎn)化的機構(gòu)。伸縮桿收縮時，帶動六足的蹄型足向上移動，滾動輪與地面接觸，變?yōu)檩喪竭\動模式;伸縮桿伸長，帶動六足結(jié)構(gòu)的蹄型足向下聚攏，蹄型足接觸地面，滾動輪與地面脫離，變?yōu)榱闩佬心Ｊ健?br>[0034]其中，所述飛行旋翼的空心杯電機22安裝在所述兩個支撐板21之間，連接所述空心杯電機22的螺旋槳25位于一個所述支撐板21的外側(cè)。
[0035]由于每仿生行走腿上安裝一個飛行旋翼，從而構(gòu)成六旋翼飛行結(jié)構(gòu)，使得本機器人具有優(yōu)秀的低速性能與垂直起降性能，適合在復雜的城市環(huán)境中進行偵查;具有緊湊的結(jié)構(gòu)設計，控制結(jié)構(gòu)也較為簡單;在保證機體尺寸相當?shù)那?