十五自由度机器狗的设计
作者:郁健萍 高洪明   文章来源: www.RoboticFan.com    更新时间:2009年06月04日   打印此文    浏览数:

项目背景

 机器狗是当今娱乐机器人中最典型的代表,也是最受广泛关注的机器人。除了娱乐功能外,一些研发商已开始在原来的基础上扩展诸如防盗报警、搜索、追踪等与真狗相似而又比真狗更强的实用化功能。索尼公司研制的“爱宝”机器狗,以及最近由一家英国公司研制的“咸克”机器狗,是这股机器狗潮流的引领者。索尼的机器狗让人们明白了当今的机器人已经从工业制造等领域进入到寻常百姓家,已越来越贴近我们的生活;而英国最新的机器狗“咸克”更是在具有身材高大、奔走自如、可以跳过高屏障、可以与人一起踢足球、跳跃翻身、像螃蟹那样横行等特点的同时,还具有护卫家门、上网阅读邮件、识别不同的颜色和花纹、通过声波识别主人的声音并根据人的声音和命令灵敏地随机反应。

 

 

 

 
 
图1 索尼公司的“爱宝”机器狗

然而,当前这些机器狗产品惊人的价格令绝大多数普通消费者望而却步,其高昂的研发成本更是令一般研发单位难以接受。几年前就面世的日本索尼公司的“爱宝”机器狗投资上亿、耗时十年;刚刚亮相的英国“咸克”的投资也超过十万英镑。高投入带来的虽然是技术上的先进却也是消费上的瓶颈。索尼公司已传出消息,准备放弃对“爱宝”的进一步研发;而英国的“咸克”也仅是实验室里的一个玩物。

据此,本设计旨在提出一个成本相对较低、集娱乐性与实用性于一体的,适合于一般家庭消费者的机器狗实现方案。它除了具有一般的各种仿真狗的动作与声音效果外,还具有主动测距完成避障以及追踪光球等娱乐功能。如果进一步扩展,可以使其具有自动监控与电话报警的功能,以用于防盗、防火以及独处老人的突发病告警等。本设计力图使之可以作为一个面向市场的低成本实用性机器狗的验证方案与实验平台。

总体方案

机器狗的形体具有15个自由度,即:头部两个,尾部一个,四肢共十二个(每一肢三个)。每个自由度均以舵机实现,舵机的转动范围与真狗的关节转动范围相近。由此,机器狗可以实现抬头低头、转头、站立(立正)、直行、横向行走、转向、蹲坐、匍匐以及摇尾等诸多基本动作。

图 2  机器狗的形体结构与自由度分配

控制与传感系统采用以增强型8位单片机AT89S52为核心的主控制模块,结合超声波传感器、以光敏电阻和TLC2543为核心的光球追踪模块和以ISD2560为核心的语音模块等,实现其基本的控制与传感的功能。驱动及控制电源选用9V容量约为1000mA·H大容量锂电池组。

由于本方案设计是在原理样机阶段,有待于对其功能做进一步扩展,故暂不涉及外观壳体部分的设计。


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