基于蚂蚁仿生的无线视频多功能消防机器人控制系统技术方案

本发明专利技术公开了基于蚂蚁仿生的无线视频多功能消防机器人控制系统，涉及机械控制技术领域。本发明专利技术基于仿生学原理，采用六足昆虫的机械结构，通过控制18个舵机，采用三角步态和定点转弯步态，实现六足机器人的姿态控制，系统使用RF24L01射频模块进行遥控，为提高响应速度和动作连贯性，六足机器人的驱动芯片采用ARM Cortex M4芯片，基于μC/OS

【技术实现步骤摘要】
基于蚂蚁仿生的无线视频多功能消防机器人控制系统


[0001]本专利技术涉及机械控制
，特别是涉及基于蚂蚁仿生的无线视频多功能消防机器人控制系统。

技术介绍

[0002]随着社会的发展和生活水平的提高，越来越多的可致燃物品和电气产品进入到人们的日常生活当中，火灾的发生率也随之提高了，这些火灾的起因都是一些细小的问题，甚至说，有很多的火灾是灭火之后没有消灭彻底而开始的二次爆炸引起，如果可以最早发现并且进行预防，这些火灾是不可能引起这么大的影响的；
[0003]面对日益严峻的消防安全问题，消防机器人控制技术一直都是当前各国消防行业的一个重要研究发展方向。目前国内的机器人的发展总体上还处于起步阶段，在消防应用中难以很好的预防和寻找火源，并且难以解决二次爆炸的问题；因此，我们提出基于蚂蚁仿生的无线视频多功能消防机器人控制系统。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供基于蚂蚁仿生的无线视频多功能消防机器人控制系统，解决目前的机器人在消防应用中难以很好的预防和寻找火源问题，并且解决二次爆炸的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0006]本专利技术为基于蚂蚁仿生的无线视频多功能消防机器人控制系统，基于仿生学原理，采用六足昆虫的机械结构，通过控制18个舵机，采用三角步态和定点转弯步态，实现六足机器人的姿态控制，并通过建立六足机器人的运动模型，运用正运动学和逆运动学对机器人进行分析，验证机器人步态的可靠性，包括射频通信模块、主控芯片模块、操作系统模块、遥控模块，所述射频通信模块对各机械结构进行遥控连接，使用RF24L01射频模块进行遥控，所述主控芯片模块作为机器人的整体驱动构件，采用ARM Cortex M4芯片，所述操作系统模块基于μC/OS
‑
II操作系统，配合遥控模块连接各控制节点对机器人进行实时控制。
[0007]所述射频通信模块中nRF24L01是一款工作在2.4～2.5GHz世界通用ISM频段的单片无线收发器芯片，无线收发器包括频率发生器、增强型SchockBurstTM模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器、解调器；输出功率、频道选择和协议的设置通过SPI接口进行设置；
[0008]所述主控芯片模块包括主控芯片，机器人主控芯片采用先进的ARM Cortex M4架构的STM32F407芯片，具有浮点型运算能力，增强型的DSP处理指令，主频高达168MHz，拥有高达1M字节的片上内存，所选用封装为LQFP100封装，有多达80个IO口，9个通用定时器，20路以上的PWM输出通道；
[0009]所述操作系统模块中包括对μc/OSII系统的移植与搭建，μC/OS
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II作为一个优秀的实时系统，不仅代码短小精悍，在实时性方面也非常优秀，μC/OS
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II的各种服务都以任务
的形式来出现，在μC/OS
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II中，每个任务都有一个唯一的优先级，它是基于优先级可剥夺型内核，适合应用在对实时性要求较高的地方；
[0010]所述遥控模块使用基于ARM920T核心的S3C2440A微处理器，主频可达400MHz，并且包含MMU内存管理单元提供了对Linux，Windows CE等操作系统的支持；
[0011]所述六足机器人每条腿有三个自由度，前两个自由度的转动轴线相互垂直，后两个自由度的转动轴线相互平行，分别由三个独立的舵机驱动，根据所需扭力和成本，选择辉盛MG995舵机。
[0012]本专利技术具有以下有益效果：
[0013]通过采用单连杆式机构，以较少的自由度实现了基本的步行功能，减少了执行电机，简化了设计；并结合关节式机构，多关节机器人与人的手臂相类似，其特点是能像人手那样地灵活动作，多关节机器人还可像人手那样，用最少的时间从一点移动到另一点；
[0014]通过采用缩放式机构，由于在其运动主平面具有运动解耦性，易于控制，当缩放比大时，能以较小本体实现较大的空间运动等优点，被广泛应用于多足步行机器人的腿部机构；
[0015]四连杆式(埃万斯)机构，以四杆机构为腿部机构的设计原则和目的都是为了尽可能保证足端运动轨迹的平整性，达到使机器人平稳运动的目的，其优点在于结构简单、轻便、可通过改变杆长实现不同轨迹的行走。
[0016]当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为本专利技术基于蚂蚁仿生的无线视频多功能消防机器人控制系统应用程序图；
[0019]图2为本专利技术示例中液压控制的采用缩放式腿机构的六足机器人原理图；
[0020]图3为本专利技术四杆机构示意图。
具体实施方式
[0021]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0022]本专利技术为基于蚂蚁仿生的无线视频多功能消防机器人控制系统，基于仿生学原理，采用六足昆虫的机械结构，通过控制18个舵机，采用三角步态和定点转弯等步态，实现六足机器人的姿态控制；系统使用RF24L01射频模块进行遥控；为提高响应速度和动作连贯性，六足机器人的驱动芯片采用ARM Cortex M4芯片，基于μC/OS
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II操作系统，遥控器部分采用ARM9处理器S3C2440，基于Linux系统，通过建立六足机器人的运动模型，运用正运动学和逆运动学对机器人进行分析，验证机器人步态的可靠性。
[0023]主控芯片，机器人主控芯片采用先进的ARM Cortex M4架构的STM32F407芯片，具有浮点型运算能力，增强型的DSP处理指令，主频高达168MHz，拥有高达1M字节的片上内存，本设计所选用封装为LQFP100封装，有多达80个IO口，9个通用定时器，20路以上的PWM输出通道，因此有足够的硬件资源满足本系统的设计需要。
[0024]结构设计，六足机器人每条腿有三个自由度，前两个自由度的转动轴线相互垂直，后两个自由度的转动轴线相互平行，分别由三个独立的舵机驱动，根据所需扭力和成本，选择辉盛MG995舵机。
[0025]遥控器，该部分使用基于ARM920T核心的S3C2440A微处理器，主频可达400MHz，并且包含MMU内存管理单元提供了对Linux，Windows CE等操作系统的支持。
[0026]RF射频通信部分，nRF24L01是一款工作在2.4～2.5GHz世界通用ISM频段的单片本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于蚂蚁仿生的无线视频多功能消防机器人控制系统，其特征在于：基于仿生学原理，采用六足昆虫的机械结构，通过控制18个舵机，采用三角步态和定点转弯步态，实现六足机器人的姿态控制，并通过建立六足机器人的运动模型，运用正运动学和逆运动学对机器人进行分析，验证机器人步态的可靠性，包括射频通信模块、主控芯片模块、操作系统模块、遥控模块，所述射频通信模块对各机械结构进行遥控连接，使用RF24L01射频模块进行遥控，所述主控芯片模块作为机器人的整体驱动构件，采用ARM Cortex M4芯片，所述操作系统模块基于μC/OS
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II操作系统，配合遥控模块连接各控制节点对机器人进行实时控制。2.根据权利要求1所述的基于蚂蚁仿生的无线视频多功能消防机器人控制系统，其特征在于，所述射频通信模块中nRF24L01是一款工作在2.4～2.5GHz世界通用ISM频段的单片无线收发器芯片，无线收发器包括频率发生器、增强型SchockBurstTM模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器、解调器；输出功率、频道选择和协议的设置通过SPI接口进行设置。3.根据权利要求1所述的基于蚂蚁仿生的无线视频多功能消防机器人控制系统，其特征在于，所述主控芯片模块包括主控芯片，机器人主控芯片采用先进的ARM Cortex M4架构的S...

【专利技术属性】
技术研发人员：张卫忠，乔红娇，卢名椰，孙保彬，毛伟，汪鑫，焦大卫，
申请(专利权)人：安徽新华学院，
类型：发明
国别省市：