基于有残肢昆虫步态模仿的六足机器人

  • 基于有残肢昆虫步态模仿的六足机器人
  • 基于有残肢昆虫步态模仿的六足机器人
  • 基于有残肢昆虫步态模仿的六足机器人
  • 基于有残肢昆虫步态模仿的六足机器人
  • 基于有残肢昆虫步态模仿的六足机器人

基于有残肢昆虫步态模仿的六足机器人

基于有残肢昆虫步态模仿的六足机器人

基于有残肢昆虫步态模仿的六足机器人

基于有残肢昆虫步态模仿的六足机器人

基于有残肢昆虫步态模仿的六足机器人


概览:基于观察昆虫有明确目标的正常行走和断足后行走的行为模式,我们通过设计特殊结构和使用算法,在改装的六足机器人平台上对其进行模拟,可以达成使多足机器人可以在腿被破坏的情况下受控制运动的效果,可以作为地震搜救、地球探索、外星球探索的解决方案。

看了拉菲罗安德烈在TED上的演讲,我感到十分震感。一个多旋翼无人机竟然只使用了一个螺旋桨,就可以在空中保持相对稳定的状态,还可以做可控的飞行动作。这令当时沉迷四旋翼无人机制作的我,看到了可能是当时业界的最高水平,也为这个项目埋下了伏笔。原来它可以追溯到2013年时拉菲罗在TED的一次小型演讲。他在那次演讲上展示了被剪掉2个桨叶还可以受控制飞行的多旋翼无人机技术,这就是他的单桨旋翼机的原形了。遵循着这个思路,在生物课上观察昆虫行为的时候,我获得了这项目的灵感,就是即使断掉数条附肢也可以受控制行动的多足机器人。

我的工程项目建立在“昆虫即使缺失数条附肢,仍能够按照本身的意愿行动”这条假设上,这是我要通过工程仿生学的设计达成的功能。为了验证我提出的假设,我捕捉了一些活体昆虫进行实验。

(图为经过PhotoZoom Pro处理的实验视频截图,节肢动物门、 昆虫纲、 蜚蠊目、蟑螂)

利用昆虫的趋光性,我在地下室中,用透镜组将LED光源汇聚成为一条光束,吸引昆虫沿光束爬行。

将昆虫爬行的过程记录下来,剪辑成为每秒一段的视频,然后将视频通过投影仪投射在白板上,描点、连线,得到了昆虫的运动路径。

可以看出,即使昆虫的附肢被截断了多达三条(此项目所设想的极端情况,这里截断了昆虫的两条后腿和一只中部的腿),昆虫依然能够沿光束,基本沿直线爬行。那么可以认为,我提出的假设“昆虫即使缺失数条附肢,仍能够按照本身的意愿行动”基本正确。

基于对某个生态环境中生态平衡的保护之心,我遵循生物实验的原则,将奄奄一息的昆虫放在我们捕捉的蜘蛛身旁,使蜘蛛饱餐了一顿

最终的目标是:

通过对六足机器人平台的改造,使其具备可拆卸,可恢复的快拆式机械腿,在连接状态的机械腿和机身之间通过驱动装置和夹持式传输线进行连接。

通过观察昆虫有明确目标的正常行走和断足后行走行为模式,使用算法在六足机器人平台上对其进行模拟。

在模拟的危险环境中,取下机器人的一到三条机器腿进行测试,无论取下任何三条腿,多足机器人仍能受控制的运动。

在这里我要着重讲解一下运动控制部分:

六足机器人的每条腿都是他的运动单元,通过改变六条腿的运动状态,可以实现使六足机器人的运动。

运动控制参考了我所观察的昆虫的行走方式,也可以为未来对昆虫行走的仿生学研究提供灵感以及实验平台。

正常模式下,1,3,5为一组,2,4,6为一组交替运动以实现机器人的运动。

缺少1号腿,6号为一组,2,4为一组,3,5为一组,三组交替运动。

缺少2号腿,1,4为一组,3,6为一组,交替运动,5号腿不动。

缺少3号腿,4号为一组,2,6为一组,1,5为一组,三组交替运动。

缺少4号腿,3号为一组,2,6为一组,1,5为一组,三组交替运动。

缺少5号腿,1,4为一组,3,6为一组,交替运动,2号腿不动。

缺少6号腿,1号为一组,2,4为一组,3,5为一组,三组交替运动。

结构设计:

该六足机器人外壳使用切割碳纤维板和金属工件组装,每个腿上使用3个运动关节,每个运动关节都由一个舵机控制,通过舵机的控制可以方便的实现对六足机器人的运动控制。

采用了可热插拔式结构,在机器人运行时可以随时拔下任何的腿来模拟被破坏的过程,连接部分采用磁铁以及3D打印的结构部件,可以实现每两段之间的连接,机器人主体上设置了传感器对是否掉腿进行判断。这种结构可以方便机器人的储存、运输和组装,更方便投放到特定地点进行使用。

可扩展性:

我也考虑到了这个机器人的可扩展性以及可升级性。

一块包含stm32以及舵机驱动电路的核心控制板安装在六足机器人的身体上,身体上还安装有为舵机供电的小型电路板共6套。

如果需要更换机器人的外形设计,只需要转移电路板的位置即可。

也可以单独对腿进行定制化设计,来提高对不同环境的适应性,以及增加新的功能(至少3个舵机,若干传感器)。这样,可以加装冰鞋来使机器人在冰面上行动,或者固定泡棉来使机器人在水面上游动,甚至可以把几个腿换成可以工作的机械臂!

这就是我的项目!

视频演示:

电路项目的主要芯片及数据手册

电路相关文件

源代码
六足.rar
描述:stm32控制源代码
电路图文件
程子铭六足pcb.rar
描述:全部3块电路板的电路图
分享到:
收藏 (1)
电子硬件助手小程序 电子硬件助手小程序

电路城电路折扣劵获取途径:

电路城7~10折折扣劵(全场通用):对本电路进行评分获取;

电路城6折折扣劵(限购≤100元电路):申请成为卖家,上传电路,审核成功后获取。

(版权归程子铭所有)

版权声明:电路城所有电路均源于网友上传或网上搜集,供学习和研究使用,其版权归原作者所有,对可以提供充分证据的侵权信息,本站将在确认后24小时内删除。对本电路进行投诉建议,点击投诉本电路反馈给电路城。

使用说明:直接使用附件资料或需要对资料PCB板进行打样的买家,请先核对资料的完整性,如果出现问题,电路城不承担任何经济损失!

换一批 more>>

大家都在看:

继续阅读

  • 树莓派扩展板

    树莓派扩展板,使用stm32f107作为扩展板主控芯片。扩展板和树莓派通信可以通过USB通信和串口TTL通信。扩展板可以单独使用部分功能,树莓派也可以单独使用部分功能。全部功能是需要stm32和树莓派同时连接才能实现。扩展板STM32功能有:16路pwm输出输入;蜂鸣器;RGB LED;RTC时钟;USB通信;USB转TTL通信;12伏供电可以输出5v、3.3v、12V电源;OLED接口;AIP1628数码管驱动,按键功能扩展板树莓派功能:RGB LED;OLED接口;AIP1628数码管驱动;按键;蜂鸣器;风扇;SPI 、IIC扩展接口;40pin扩展接口。
    来自:其他开发板时间:2019-09-12 stm32 开源 raspberry pi 3
  • STM32F103ZET6最小系统板

    1,原理图和PCB配套,AD17编辑。2,最小系统精简,但功能齐全,所有IO口都有引出来方便扩展外接设备。3,包括:电源部分, 晶振部分8M和32.678贴片晶振 BOOT选择位 复位电路 miniUSB接口(电源输入口和串口连通) 所有引脚扩展口4,2路流水灯和2给按键5,3.3v,GND外接IO口6,JTAG下载接口
    来自:DIY创意产品时间:2019-09-11 stm32
  • JLINK OB 072 支持串口,非常小,支持STM32 NORDIC NRF52等

    JLINK_OBTYPE-C接口,插拔方便,小巧便携,使用STM32F072,不需要晶振,成本低廉.也做过精简板的V9,但是对nordic的蓝牙支持不好,所以做成这个.真机测试NRF52832,NRF52840没问题,包括RTT等,ST等其他的更不用说了支持SWD,虚拟串口,5V 和 3.3V最大输出电流为700MA.已小批量测试,稳定可靠,单面板,嘉立创可以直接SMT.尺寸:12*30 (mm),PCB 3D图如下:已在嘉立创拼版测试OK;
    来自:DIY创意产品时间:2019-09-11 stm32 下载器 jlink
  • STLINKV2-1下载调试器

    STLINKV2-1 调试器,带虚拟串口,U盘拖拽下载。
    来自:DIY创意产品时间:2019-09-12 stm32 下载器 调试器
  • 基于STM32F407二维码识别系统设计

    功能介绍:本二维码&条码识别LIB由ALIENTEK提供,方便大家使用.基于STM32F407ZET6单片机+2.8寸TFT液晶+OV2640摄像头模块;1,支持QR二维码识别.2,支持CODE128,CODE39,I25,EAN13等四种编码方式的条码识别.3,支持UTF8-OEM转换输出(需要客户自己提供转换码表).4.识别信息显示在液晶屏上,并通过串口输出到电脑串口调试助手上。资料说明: 附件内容提供AD格式原理图PCB工程文件,用altiumDesigner打开。程序采用C语言编写,通过keil软件编译,文件为工程源代码。技术咨询QQ:2067054198(咨询时请说明来自电路城);资料内容包含截图:功能视频演示:
    来自:DIY创意产品时间:2019-09-13 stm32 毕业设计 二维码识别
销量
0
查看
382
参数名 参数值
发布于 2019 年 07 月 08日
更新于 2019 年 08 月 30日
Moore8直播课堂

tracer