標(biāo)系，通過坐標(biāo)變換方程，將機(jī)器人重心軌跡規(guī)劃變換成足端軌跡規(guī)劃，選擇不同的三維空間軌跡得到不同的運動效果，經(jīng)過反變換以后得到機(jī)器人關(guān)節(jié)運動數(shù)據(jù)，輸出控制信號給電驅(qū)動執(zhí)行系統(tǒng)。
[0072]決策層策略處理需要融合多種傳感器信息，采用添加優(yōu)先級因子的加權(quán)平均算法求決策結(jié)果;傳感器信息經(jīng)過濾波、歸一化以后，先與優(yōu)先級因子運算，再經(jīng)過加權(quán)平均得到最后的決策結(jié)果。
[0073]機(jī)器人集成了多種傳感器，包括視覺傳感器、超聲傳感器、紅外傳感器、音頻傳感器、壓力傳感器、三軸傾角傳感器等，如圖8所示。通過對這些傳感器信息的融合，機(jī)器人實現(xiàn)對外部環(huán)境的探測，對自身位姿、運動信息的感知，并能夠根據(jù)環(huán)境做出模擬人類的反應(yīng)，例如識別主人、手勢控制、跟蹤、避障、循跡、崎嶇路面行走、語音應(yīng)答等行為，實現(xiàn)機(jī)器人定義中關(guān)于“人”的部分。
[0074]主人識別的方法包括:主人圖像數(shù)據(jù)制成模板，存儲在數(shù)據(jù)庫中，攝像頭采集到主人臉部的圖像后，首先經(jīng)過卡爾曼濾波，減輕光照、旋轉(zhuǎn)、表情對人臉的影響，然后利用積分投影的方法確定面部特征點，提取局部特征的模板，然后和數(shù)據(jù)庫的主人模板進(jìn)行局部模板匹配，判斷是否是主人。
[0075]還包括手勢控制方法，包括左右設(shè)置的兩個紅外傳感器，系統(tǒng)狀態(tài)每次分叉為4種，采用四叉樹遍歷算法，并在四叉樹遍歷中插入時間參數(shù);在從一個樹節(jié)點往下一個枝葉節(jié)點遍歷的過程中，判斷時間參數(shù)是否在限定范圍內(nèi)，在則繼續(xù)往下個節(jié)點走，小于范圍是由于左右傳感器差異誤進(jìn)入，需要跳到最頂層節(jié)點，超出范圍則回到上一層節(jié)點；最低的一層節(jié)點表示手勢的最終結(jié)果。此方法既能夠準(zhǔn)確的檢索到手勢結(jié)果，使手勢動作的時間范圍比較寬，也能夠解決左右傳感器的檢測距離不一致問題。
[0076]還包括跟蹤的控制方法，采用紅外傳感器和超聲傳感器融合的方法，以紅外傳感器檢測結(jié)果作為有效跟蹤范圍，紅外傳感器的處理算法采用四叉樹遍歷算法結(jié)合時間變量，在有效跟蹤范圍內(nèi)加上超聲傳感器處理算法整數(shù)規(guī)劃算法，超聲波的距離數(shù)據(jù)作為變量，決策因子是一個經(jīng)過調(diào)試設(shè)定的固定值，距離數(shù)據(jù)和決策因子的乘積結(jié)果作為運動結(jié)果參考量，運動結(jié)果只有五種整數(shù)值:前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、原地不動，運動結(jié)果參考量經(jīng)過割平面法最終得到運動結(jié)果。
[0077]基于語音傳感處理，實現(xiàn)“語音識別應(yīng)答”，選擇具有非特定人語音識別技術(shù)的芯片LD3320，主控ARM和識別芯片采用SPI總線進(jìn)行通信，主控ARM往識別芯片寫入控制命令，例如使用漢語拼音設(shè)置的語音命令、啟動芯片開始進(jìn)行識別等。識別傳感器連接在識別芯片上面，識別的過程由芯片內(nèi)部算法完成，并將結(jié)果發(fā)送到主控ARM。主控ARM完成識別結(jié)果響應(yīng)處理，包括動作語音應(yīng)答(非特定人發(fā)出“前進(jìn)”語音命令，機(jī)器人開始前進(jìn)動作)、切換系統(tǒng)控制模式(例如由手勢控制模式轉(zhuǎn)換成避障行走模式)、語音輸出應(yīng)答(機(jī)器人播放對應(yīng)語音、音樂)等。
[0078]基于壓力傳感和傾角傳感處理，實現(xiàn)“柔順控制”和“平衡姿態(tài)”。結(jié)合行走和機(jī)器人平衡控制策略控制。行走采用的是滑步步態(tài)規(guī)劃，平衡控制策略則選用機(jī)器人穩(wěn)定性判據(jù)中的穩(wěn)定裕量，三個軸姿態(tài)角作為狀態(tài)變量決定穩(wěn)定裕量。當(dāng)穩(wěn)定裕量超出穩(wěn)定范圍值時，結(jié)合下蹲策略和揮臂策略來調(diào)整機(jī)器人的姿態(tài)，直到恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)。
[0079]上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.具有環(huán)境感知能力的電驅(qū)動仿生四足機(jī)器人，包括頭部，其特征是，所述頭部通過頸部、頭部連桿與前軀干鉸接，頭部和頸部聯(lián)動，所述前軀干與后軀干鉸接;所述后軀干的后部設(shè)有尾部，所述尾部還通過尾部連桿與所述前軀干鉸接，實現(xiàn)尾部與前軀干的聯(lián)動;所述前軀干的兩側(cè)分別設(shè)有前腿，所述后軀干的兩側(cè)分別設(shè)有后腿;所述后腿的長度長于前腿；所述前軀干的最寬處寬于后軀干的最寬處;還包括環(huán)境感知傳感器組和攝像頭，所述環(huán)境感知傳感器組、攝像頭與中央處理器連接，所述中央處理器的輸出端連接電驅(qū)動執(zhí)行系統(tǒng)，電源管理模塊為所述環(huán)境感知傳感器組、中央處理器及電驅(qū)動執(zhí)行系統(tǒng)供電。2.如權(quán)利要求1所述具有環(huán)境感知能力的電驅(qū)動仿生四足機(jī)器人，其特征是，所述環(huán)境感知傳感器組包括視覺傳感器、超聲傳感器、紅外傳感器、音頻傳感器、壓力傳感器、三軸傾角傳感器及觸覺傳感器。3.如權(quán)利要求1所述電驅(qū)動四足仿生機(jī)器人，其特征是，所述尾部的兩端中的一端設(shè)有上下兩個鉸接點，所述后軀干與所述尾部的上鉸接點鉸接，所述尾部的下鉸接點與所述尾部連桿的一端鉸接，所述尾部連桿的另一端與所述前軀干鉸接。4.基于權(quán)利要求2所述具有環(huán)境感知能力的電驅(qū)動仿生四足機(jī)器人的控制方法，其特征是，環(huán)境感知傳感器組采集外部環(huán)境及自身位姿信息，中央處理器通過決策層策略處理接收到的環(huán)境感知傳感器組采集的信息，做出主人識別及足端路徑規(guī)劃的反應(yīng)，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號控制電驅(qū)動執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行動作。5.如權(quán)利要求4所述具有環(huán)境感知能力的電驅(qū)動仿生四足機(jī)器人的控制方法，其特征是，足端路徑規(guī)劃方法包括，建立四個關(guān)鍵點坐標(biāo)系，通過坐標(biāo)變換方程，將機(jī)器人重心軌跡規(guī)劃變換成足端軌跡規(guī)劃，選擇不同的三維空間軌跡得到不同的運動效果，經(jīng)過反變換以后得到機(jī)器人關(guān)節(jié)運動數(shù)據(jù)，輸出控制信號給電驅(qū)動執(zhí)行系統(tǒng)。6.如權(quán)利要求4所述具有環(huán)境感知能力的電驅(qū)動仿生四足機(jī)器人的控制方法，其特征是，決策層策略處理需要融合多種傳感器信息，采用添加優(yōu)先級因子的加權(quán)平均算法求決策結(jié)果;傳感器信息經(jīng)過濾波、歸一化以后，先與優(yōu)先級因子運算，再經(jīng)過加權(quán)平均得到最后的決策結(jié)果。7.如權(quán)利要求4所述具有環(huán)境感知能力的電驅(qū)動仿生四足機(jī)器人的控制方法，其特征是，主人識別的方法包括:主人圖像數(shù)據(jù)制成模板，存儲在數(shù)據(jù)庫中，攝像頭采集到主人臉部的圖像后，首先經(jīng)過卡爾曼濾波，減輕光照、旋轉(zhuǎn)、表情對人臉的影響，然后利用積分投影的方法確定面部特征點，提取局部特征的模板，然后和數(shù)據(jù)庫的主人模板進(jìn)行局部模板匹配，判斷是否是主人。8.如權(quán)利要求4所述具有環(huán)境感知能力的電驅(qū)動仿生四足機(jī)器人的控制方法，其特征是，還包括手勢控制方法，包括左右設(shè)置的兩個紅外傳感器，系統(tǒng)狀態(tài)每次分叉為4種，采用四叉樹遍歷算法，并在四叉樹遍歷中插入時間參數(shù);在從一個樹節(jié)點往下一個枝葉節(jié)點遍歷的過程中，判斷時間參數(shù)是否在限定范圍內(nèi)，在則繼續(xù)往下個節(jié)點走，小于范圍是由于左右傳感器差異誤進(jìn)入，需要跳到最頂層節(jié)點，超出范圍則回到上一層節(jié)點；最低的一層節(jié)點表示手勢的最終結(jié)果。9.如權(quán)利要求4所述具有環(huán)境感知能力的電驅(qū)動仿生四足機(jī)器人的控制方法，其特征是，還包括跟蹤的控制方法，采用紅外傳感器和超聲傳感器融合的方法，以紅外傳感器檢測結(jié)果作為有效跟蹤范圍，紅外傳感器的處理算法采用四叉樹遍歷算法結(jié)合時間變量，在有效跟蹤范圍內(nèi)加上超聲傳感器處理算法整數(shù)規(guī)劃算法，超聲波的距離數(shù)據(jù)作為變量，決策因子是一個經(jīng)過調(diào)試設(shè)定的固定值，距離數(shù)據(jù)和決策因子的乘積結(jié)果作為運動結(jié)果參考量，運動結(jié)果參考量經(jīng)過割平面法最終得到運動結(jié)果。10.如權(quán)利要求4所述具有環(huán)境感知能力的電驅(qū)動仿生四足機(jī)器人的控制方法，其特征是，行走采用滑步步態(tài)規(guī)劃，平衡控制策略選用機(jī)器人穩(wěn)定性判據(jù)中的穩(wěn)定裕量，當(dāng)穩(wěn)定裕量超出穩(wěn)定范圍值時，結(jié)合下蹲策略和揮臂策略來調(diào)整機(jī)器人的姿態(tài)，直到恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了具有環(huán)境感知能力的電驅(qū)動仿生四足機(jī)器人及控制方法，頭部通過頸部、頭部連桿與前軀干鉸接，頭部和頸部聯(lián)動，前軀干與后軀干鉸接；后軀干的后部設(shè)有尾部，尾部還通過尾部連桿與前軀干鉸接；前軀干的兩側(cè)分別設(shè)有前腿，后軀干的兩側(cè)分別設(shè)有后腿；后腿的長度長于前腿；前軀干的最寬處寬于后軀干的最寬處；還包括環(huán)境感知傳感器組和攝像頭，環(huán)境感知傳感器組、攝像頭與中央處理器連接，中央處理器的輸出端連接電驅(qū)動執(zhí)行系統(tǒng)，電源管理模塊為環(huán)境感知傳感器組、中央處理器及電驅(qū)動執(zhí)行系統(tǒng)供電。采用電驅(qū)動控制方式，實現(xiàn)仿生四足機(jī)器人對環(huán)境的動態(tài)感知、自主導(dǎo)航、實時跟隨，以及適應(yīng)地形變化和隨機(jī)干擾的仿生步態(tài)運動規(guī)劃。
【IPC分類】B62D57/032, G05B19/04
【公開號】CN105599821
【申請?zhí)枴緾N201610006061
【發(fā)明人】范永, 謝愛珍
【申請人】山東優(yōu)寶特智能機(jī)器人有限公司
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2016年1月6日