一种仿人型机器人快速行走循迹避障实现方法技术

本发明专利技术公开的一种仿人型机器人快速行走循迹避障实现方法，该方法涉及一种仿人型快速行走循迹避障机器人，该机器人包括Arduino主控芯片，Arduino主控芯片连接双轴舵机以驱动机械腿运动，并设定有直行、左转、右转三种动作，该方法用摄像头采样，首先对Lab色彩空间进行映射，设定识别阈值，之后计算色素块，并选择最大块作为目标区域，回传坐标值，通过坐标值计算舵机角度与预设角度比较是否在预设的循迹角度内，若是则直走；若否则判断是否小于预设角度，若是则左转转弯，若否则右转转弯，最终都再次返回摄像头采样直到在预设的角度内，以此循环，直到走完全程。本发明专利技术能够实现快速行走，具有避障行走的功能，适用于快速稳定行走环境。

A Realization Method of Obstacle Avoidance in Fast Walking of Humanoid Robot

【技术实现步骤摘要】
一种仿人型机器人快速行走循迹避障实现方法
本专利技术涉及机器人领域，特别涉及一种仿人型机器人快速行走循迹避障实现方法。
技术介绍
高仿真和仿人是机器人发展的主要方向之一。双足机器人属于类人机器人，其对于双足步行的控制，实现难度大，但是在实用性方面具有强大的优势。因此仿人型行走机器人无疑是现今的研究热点。可快速行走的双足机器人以执行机构代替肌肉，能够实现对身体的支撑，以及连续地协调运动。其对于环境的要求极低，可适应各种地面，且具有较高的逾越障碍的能力，因此具有广阔的应用前景。在全球范围内,美国和日本一直走在机器人研发的技术前沿。通过运用多种传感技术和控制算法,美国不断创新机器人产品形态,优化性能。日本则在用于运输、救灾等领域的机器人研发方面成绩突出。由日本本田公司研制的仿人机器人ASIMO，是目前最先进的仿人行走机器人。ASIMO身高1.2米，体重52公斤。它的行走速度是0-1.6km/h。早期的机器人如果直线行走时突然转向，必须先停下来，看起来比较笨拙。而ASIMO就灵活得多，它可以实时预测下一个动作并提前改变重心，因此可以行走自如，进行诸如"8"字形行走、下台阶、弯腰等各项"复杂"动作。此外，ASIMO还可以握手、挥手，甚至可以随着音乐翩翩起舞。目前来说，同类型的小型仿人行走机器人一般采用直流伺服电机驱动，这种方法控制精度低而且行走也不稳定。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种仿人型机器人快速行走循迹避障实现方法，该机器人使用多双轴舵机联动快速行走，具有避障行走的功能，适用于快速稳定行走环境。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种仿人型机器人快速行走循迹避障实现方法，该方法涉及一种仿人型快速行走循迹避障机器人，该机器人包括两只机械腿和上身，机械腿连接在上身下方，呈对称分布，机械腿安装有双轴舵机，上身安装有Openmv机器视觉模块、电力模块，Openmv机器视觉模块包括用于拍摄图像的摄像头，Openmv机器视觉模块连接Arduino主控芯片，Arduino主控芯片与电力模块共同连接双轴舵机以驱动机械腿运动，Arduino主控芯片对该机器人行走时设定动作组，设定有直行、左转、右转三种动作，该方法具体为：该机器人电力模块启动后，摄像头同时开始采集图像传到Arduino主控芯片，选择颜色识别算法对传回的图像进行判断；首先对Lab色彩空间进行映射，设定识别阈值，之后计算单帧图像中在阈值内的色素块，并选择最大块作为识别的目标区域，回传坐标值，通过坐标值计算舵机角度与预先设定好的角度值比较是否在预设的循迹角度或线内，若是则执行直走动作；若否则判断是否小于预设角度，若是则采用左转转弯动作，若否则采用右转转弯动作，最终都再次返回摄像头采样直到在预设的角度内，以此循环，直到走完全程。进一步，该机器人还包括平衡模块，在执行直走动作之后，Openmv机器视觉模块测定与地距离传到Arduino主控芯片，判断是否小于预设的高度值，若是执行平衡动作，若否，则返回继续判断是否在预设的循迹角度或线内。进一步，在经过十次测试路程后，对于回传的坐标进行聚类分析，通过数据建模，寻找出路程中直行、左转弯、右转弯的标志数据，并以此为判断向Arduino主控芯片发送动作控制指令。进一步，Arduino主控芯片还对该机器人行走时设定大步幅、小步幅两套动作方案。采用上述方案后，本专利技术的两条机械腿通过双轴舵机配合完成抬脚和落脚的动作，实现多双轴舵机联动八自由度快速行走；并能够通过摄像头采样、Openmv机器视觉模块识别以及Arduino主控芯片分析判断进行实时决策，最后电驱动机械腿动作，实现循迹避障功能，适用于快速稳定行走环境。以下结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步说明。附图说明图1为本专利技术腿侧机构示意图；图2为本专利技术脚部机构示意图；图3为本专利技术U型架示意图；图4为本专利技术手臂示意图；图5为本专利技术斜直板的示意图；图6为本专利技术角铝示意图；图7为本专利技术上身结构示意图；图8为本专利技术摄像头固定座示意图；图9为本专利技术云台示意图；图10为本专利技术单只机械腿结构示意图；图11为本专利技术整体结构示意图；图12为本专利技术方法流程示意图；图13为本专利技术双轴舵机分布示意图；图14为本专利技术Arduino主控芯片的电连接框图。标号说明1-上身；11-上身顶板；12-上身后板；13-上身前板；14-上身侧板；15-摄像头固定座；16-云台；2-机械腿；21-腿侧机构；211-第一U型架；212-斜直板；22-脚部机构；221-第二U型架；222-角铝；223-平板；23-双轴舵机；24-舵机座；3-手臂；31-固定端；32-悬臂端；41,42,43,44,45,46,47,48,49,50-双轴舵机；51-舵机座；6-Arduino主控芯片；61-循迹避障决策模块；62-舵机控制模块；63-驱动；631-3S航模电池；64-红外测量模块；65-外置光源。具体实施方式本专利技术揭示的一种仿人型机器人快速行走循迹避障实现方法，参阅图1-13，该方法涉及一种仿人型快速行走循迹避障机器人，该机器人包括两只机械腿2和安装有Openmv机器视觉模块、电力模块的上身1，两只机械腿2对称分布在上身1下方。如图7所示，上身1外部主要由上身顶板11、上身顶板12、上身前板13和两块上身侧板14组成，且组成具有腔室的上身1内部，电力模块置于上身1内部，电力模块包括电池和粘附带，并将其置于上身1内部由上至下的五分之三处并通过粘附带固定，在减轻供电系统自身重量的同时稳定重心。在本实施例中，电池采用使用锂电池为该机器人系统供电。结合图1-3、10-11所示，单只机械腿2主要由腿侧机构21和脚部机构22组成，下面以右机械腿进行说明，左机械腿具有相同结构，故不赘述，其中，腿侧机构21包括第一U型架211、斜直板212和三个双轴舵机42,43,44，铝制的斜直板212由一直板两头呈150°夹角形成，该设计有利于降低该机器人整体的重心，如图5所示。两个第一U型架211上下对称布置，并排的两个斜直板212将两个第一U型架211连接起来，第一U型架211各安装一个双轴舵机43,44，双轴舵机43,44位于两个斜直板212之间，腿侧机构21上端的第一U型架211对向正交垂直连接一个第二U型架221，第二U型架221连接一个内置于上身1的双轴舵机41，从而使两只机械腿2连接在上身1下方；脚部机构22包括第二U型架221、角铝222、平板223和一个双轴舵机45，腿侧机构21下端的第一U型架211对向正交垂直连接脚部机构22的第二U型架221，并排的两个角铝222将第二U型架221和平板223连接起来，平板223与地面接触，第二U型架221安装一个双轴舵机45，双轴舵机45位于两个角铝222之间。在本实施例中，第一U型架211和第二U型架221采用相同的规格，第一U型架211和第二U型架221均开设若干个安装孔，与双轴舵机配合连接，详见图3。整体上看，两只机械腿2为两个对称结构，位于机器人纵向对称线的左、右两边，两条机械腿2通过基于U型架211,221连接的八个双轴舵机42,43,44,45,46,47,48,49构成八个自由度的变化，并配合完成抬脚和落脚的动作，实现多双轴舵机联动八自由度快速行走。U型架211,22本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种仿人型机器人快速行走循迹避障实现方法，该方法涉及一种仿人型快速行走循迹避障机器人，该机器人包括两只机械腿和上身，机械腿连接在上身下方，呈对称分布，机械腿安装有双轴舵机，上身安装有Openmv机器视觉模块、电力模块，Openmv机器视觉模块包括用于拍摄图像的摄像头，Openmv机器视觉模块连接Arduino主控芯片，Arduino主控芯片与电力模块共同连接双轴舵机以驱动机械腿运动，Arduino主控芯片对该机器人行走时设定动作组，设定有直行、左转、右转三种动作，该方法具体为：该机器人电力模块启动后，摄像头同时开始采集图像传到Arduino主控芯片，选择颜色识别算法对传回的图像进行判断；首先对Lab色彩空间进行映射，设定识别阈值，之后计算单帧图像中在阈值内的色素块，并选择最大块作为识别的目标区域，回传坐标值，通过坐标值计算舵机角度与预先设定好的角度值比较是否在预设的循迹角度或线内，若是则执行直走动作；若否则判断是否小于预设角度，若是则采用左转转弯动作，若否则采用右转转弯动作，最终都再次返回摄像头采样直到在预设的角度内，以此循环，直到走完全程。

【技术特征摘要】
1.一种仿人型机器人快速行走循迹避障实现方法，该方法涉及一种仿人型快速行走循迹避障机器人，该机器人包括两只机械腿和上身，机械腿连接在上身下方，呈对称分布，机械腿安装有双轴舵机，上身安装有Openmv机器视觉模块、电力模块，Openmv机器视觉模块包括用于拍摄图像的摄像头，Openmv机器视觉模块连接Arduino主控芯片，Arduino主控芯片与电力模块共同连接双轴舵机以驱动机械腿运动，Arduino主控芯片对该机器人行走时设定动作组，设定有直行、左转、右转三种动作，该方法具体为：该机器人电力模块启动后，摄像头同时开始采集图像传到Arduino主控芯片，选择颜色识别算法对传回的图像进行判断；首先对Lab色彩空间进行映射，设定识别阈值，之后计算单帧图像中在阈值内的色素块，并选择最大块作为识别的目标区域，回传坐标值，通过坐标值计算舵机角度与预先设定好的角度值比较是否在预设的循迹角度或线内，若是则执行直走...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆春月，刘涛，文晓琳，高鑫淼，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西,14