段航博 胡亮 顧頌文 馬千里 李澤森

中國(guó)民航大學(xué)，中國(guó)·天津 300000

1 引言

對(duì)于四足機(jī)器人的設(shè)計(jì)與研究早在20世紀(jì)70年代，就已經(jīng)開(kāi)始了，最早的對(duì)于四足機(jī)器人的記載是美國(guó)GE公司對(duì)于四足機(jī)器狗的研究，而研究目的就是為了能夠代替人類(lèi)去做一些危險(xiǎn)環(huán)境下的工作，隨后全世界各個(gè)國(guó)家對(duì)于機(jī)器狗的研究便展開(kāi)了帷幕。國(guó)際上著名的有BigDog和斯坦福兩個(gè)代表。而中國(guó)國(guó)內(nèi)今年來(lái)有四足機(jī)器人萊卡狗、浙江大學(xué)所研制的赤兔機(jī)器狗等?，F(xiàn)如今，由于科技的逐漸成熟，機(jī)器人的各項(xiàng)性能也在快速的進(jìn)步，研究開(kāi)發(fā)的進(jìn)度也在加快。

2 研究背景

2.1 了解四足機(jī)器人

機(jī)器人技術(shù)作為當(dāng)今科技發(fā)展的前沿領(lǐng)域之一，它是將編程技術(shù)，傳感技術(shù)等多種技術(shù)融為一體的新興技術(shù)。21世紀(jì)以來(lái)，隨著人們對(duì)于未知領(lǐng)域的持續(xù)探索，人工智能技術(shù)得以興起，機(jī)器人技術(shù)更是獲得了蓬勃發(fā)展的條件。四足機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)在于，比兩足機(jī)器人的運(yùn)行更加穩(wěn)定，比六足機(jī)器人的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，這也就意味著在搶險(xiǎn)救災(zāi)、軍事領(lǐng)域以及生活領(lǐng)域上都有著相當(dāng)不錯(cuò)的發(fā)展前景。

2.2 中國(guó)和國(guó)際上四足機(jī)器人研究現(xiàn)狀

2.2.1 國(guó)際上四足機(jī)器人研究現(xiàn)狀

在其他國(guó)家，最早的有Rygg所設(shè)計(jì)制造的“機(jī)械馬”算是國(guó)際上最早的對(duì)于足式機(jī)器人的初期探索。而人類(lèi)對(duì)于足式機(jī)器人的相關(guān)研究的開(kāi)端則是1899年Muybridge使用連續(xù)拍攝的方法來(lái)研究動(dòng)物的行走步態(tài)。

Walking-Truck的問(wèn)世是第一臺(tái)液壓四足機(jī)器人研究成功的標(biāo)志。Walking-Truck由美國(guó)通用電氣公司（General Electric Company，GE）的Mosher和Liston聯(lián)合研制，其在人工操作下實(shí)現(xiàn)了抬腿、邁步、跨越和躲避障礙等運(yùn)動(dòng)，這標(biāo)志著液壓四足機(jī)器人研究的進(jìn)步[1]。在20世紀(jì)60年代時(shí)，人們對(duì)于機(jī)器人的研究開(kāi)始進(jìn)入了主要以機(jī)械控制與液壓傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的發(fā)展階段。在這一階段里，最具有代表性的就是1968年美國(guó)的Mosher所設(shè)計(jì)的四足車(chē)。在21世紀(jì)后，得益于計(jì)算機(jī)、傳感器等技術(shù)的發(fā)展，仿生四足機(jī)器人領(lǐng)域百花齊放。2003年電氣通信大學(xué)以木村浩為首的研究團(tuán)隊(duì)成功研制出輕質(zhì)仿生移動(dòng)機(jī)器人Tekken，這款機(jī)器人一共有16個(gè)自由度（DOF），總質(zhì)量3.1kg，每條腿0.4kg，每條腿包含一個(gè)偏轉(zhuǎn)自由度和三個(gè)俯仰自由度，并且在仿生機(jī)器人身上還安裝有陀螺儀、傾角傳感器和觸覺(jué)傳感器等[2]。2004年，Boston Dynamics發(fā)布了仿生機(jī)器狗Little Dog，這款四足機(jī)器狗在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的一大亮點(diǎn)就是四條腿的架構(gòu)是相同的，在前后兩只腿上所運(yùn)用到了對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)，并且在每條腿上都有4個(gè)自由度以及3個(gè)舵機(jī)，所以這款四足機(jī)器狗具有較大的運(yùn)動(dòng)空間，并且具有良好的靈活性。

繼Little Dog 之后，Boston Dynamics發(fā)布了Big Dog，Big Dog在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)性能和運(yùn)動(dòng)控制上均為當(dāng)前四足機(jī)器人研究領(lǐng)域的較高水平，Big Dog長(zhǎng)10.7m，自重109kg。它也具有每條腿的4個(gè)自由度，它相比Little Dog而言，具有了更大的步幅和運(yùn)動(dòng)空間，因此它相比其他機(jī)器人具有更快的運(yùn)動(dòng)速度，并且可以適應(yīng)各種復(fù)雜地形。

2.2.2 中國(guó)國(guó)內(nèi)仿生機(jī)器人及步態(tài)規(guī)劃研究現(xiàn)狀

與國(guó)際上的四足機(jī)器狗的發(fā)展相比，中國(guó)最早提出這一理念的就是中國(guó)古代的“木牛流馬”，但是相比其他國(guó)家，中國(guó)對(duì)于四足機(jī)器人的研究卻起步較晚，由于中國(guó)的相關(guān)政策的實(shí)施以及國(guó)家政府的重視，中國(guó)的機(jī)器人技術(shù)也在快速地發(fā)展著，越來(lái)越多的仿生四足機(jī)器狗登上了中國(guó)的舞臺(tái)，最令人欣慰的就是在今年的牛年春節(jié)聯(lián)歡晚會(huì)上，許許多多的四足機(jī)器人登上了春晚的舞臺(tái)。這也顯示著中國(guó)在機(jī)器人領(lǐng)域也在緊緊地追趕著。在中國(guó)對(duì)于四足機(jī)器人的研究中最為代表的就是以北京理工大學(xué)所研制的一款液壓型四足機(jī)器人，整個(gè)機(jī)器人共有16個(gè)自由度，并且每個(gè)腿有4個(gè)自由度，總質(zhì)量為65kg。還有哈爾濱工業(yè)大學(xué)所設(shè)計(jì)的四足機(jī)器人，它的每條腿上只有3個(gè)自由度，并且它的最大創(chuàng)新亮點(diǎn)就是用輪子來(lái)代替四肢足端。這樣保證了足端與地面的更加平穩(wěn)地接觸。并且在運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，可以任意選擇足式機(jī)器人模式和輪式機(jī)器人模式兩種模式。

近年來(lái)，華中科技大學(xué)針對(duì)足式機(jī)器人技術(shù)的開(kāi)展了積極研究，并在多足步行機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展上也取得了較大的成果。華中科技大學(xué)研制了“4+2”多足步行機(jī)器人。而所謂“4+2”是指步行機(jī)器人在復(fù)雜步行區(qū)域最多可利用6條腿來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健的步行運(yùn)動(dòng)，而在工作區(qū)域可作為具有兩條上臂的四足機(jī)器人。因此，該機(jī)器人不僅具有步行移動(dòng)的基本功能而且可借助相應(yīng)的末端執(zhí)行上具，如機(jī)械手臂來(lái)完成指定的作業(yè)任務(wù)，體現(xiàn)機(jī)器人的多功能性[3]。

2.2.3 研究現(xiàn)狀總結(jié)

從所整理的中國(guó)和國(guó)際上對(duì)于四足機(jī)器人的研究現(xiàn)狀中，我們可以知道中國(guó)國(guó)內(nèi)對(duì)于四足機(jī)器狗的研究上起步較晚，大約從20個(gè)世紀(jì)90年代開(kāi)始研究，并且以飛快的速度追趕著國(guó)外的發(fā)展。因此，筆者也想嘗試著為中國(guó)國(guó)內(nèi)四足機(jī)器人的發(fā)展作出貢獻(xiàn)。

3 機(jī)器狗身體外部整體結(jié)構(gòu)

對(duì)比生物狗的身體結(jié)構(gòu)，腹部是起到一個(gè)放著電源電路、各種控制器還有連接腿部的作用，我們將其設(shè)計(jì)為了盒裝的空間。腿部才是設(shè)計(jì)機(jī)器狗的重點(diǎn)，生物狗的前腿有肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)，相應(yīng)后腿有髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)，作為對(duì)應(yīng)我們給機(jī)器狗的腿部也設(shè)計(jì)了3個(gè)關(guān)節(jié)，即肩關(guān)節(jié)、大腿關(guān)節(jié)、小腿關(guān)節(jié)。在連接上，肩關(guān)節(jié)和大腿關(guān)節(jié)是處于同一條直線上的，目的就是為了降低機(jī)器狗的重心位置，提高機(jī)器狗的穩(wěn)定性，并且能夠用比較便捷的方式控制機(jī)器狗的橫向運(yùn)動(dòng)。為了重心的穩(wěn)定，我們改變了生物狗站立時(shí)前腿直立的狀態(tài)，取而代之的是前后腿處于一樣的小腿關(guān)節(jié)向后彎曲的狀態(tài)，見(jiàn)圖1～圖3。

圖1 生物狗的身體結(jié)構(gòu)（1）

圖2 生物狗的身體結(jié)構(gòu)（2）

圖3 生物狗的身體結(jié)構(gòu)（3）

對(duì)于頭部，生物狗的頭部是為了接收、發(fā)射和處理信息，當(dāng)然也有進(jìn)食和打斗的作用，機(jī)器狗不用進(jìn)食，但是嘴部也可以安裝作為搶險(xiǎn)救災(zāi)時(shí)的方便工具，機(jī)器狗的信息處理的“大腦”會(huì)放置在大空間的腹部。這樣做的目的有二：一是為了重心的穩(wěn)定；二是能夠更好地連接腿部，也節(jié)約了線路。我們將機(jī)器狗的頭部放置在了與腹部平行的水平面內(nèi)，沒(méi)有過(guò)多前伸，在頭部安裝了“探測(cè)器”來(lái)保護(hù)機(jī)器狗。

4 機(jī)器狗身體制造及安裝

機(jī)器狗身體的制造我們用了速美印3D打印機(jī)、FlashPrint3D打印機(jī)和PLA耗材打印出來(lái)各個(gè)模塊，并根據(jù)需要對(duì)模塊進(jìn)行打磨修改，方便后期對(duì)狗裝配。3D打印機(jī)填充程度的不同還有填充形狀的不同都會(huì)對(duì)模塊的強(qiáng)度產(chǎn)生影響。對(duì)比了多種填充的組合，我們最終采用了三角形填充形狀和55%的填充密度。這種方案保證了后期打磨修改的易實(shí)現(xiàn)性、狗身制造的經(jīng)濟(jì)性，也保證了模塊以及結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。為了解決由于打印機(jī)打印的誤差和要更換模塊時(shí)要重新修配的問(wèn)題，我們對(duì)模塊的數(shù)據(jù)三維模型進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，從而保證了各個(gè)組件之間的協(xié)調(diào)性和互換性，大大降低了由機(jī)器狗制造而浪費(fèi)的時(shí)間，提高了效率。

5 機(jī)器狗的運(yùn)動(dòng)及其動(dòng)力提供

機(jī)器狗的動(dòng)力需求85%是來(lái)自腿部的動(dòng)作，剩余15%是其他模塊的電力需求。于此，我們選擇7.4v的可充電池組進(jìn)行供電，用MG996R舵機(jī)帶動(dòng)腿部轉(zhuǎn)動(dòng)，它能提供的扭力是13kg/cm，工作電壓4.8～7.2v,工作電流100mA，旋轉(zhuǎn)角度是180°，反應(yīng)轉(zhuǎn)速是53～62r/m，對(duì)于這只小體型的機(jī)器狗，它提供的扭力足夠支持機(jī)器狗的站立蹲下以及行走這些簡(jiǎn)單的動(dòng)作。但是，要做需要爬坡越障等有難度的動(dòng)作時(shí)，舵機(jī)動(dòng)力稍顯不足，甚至?xí)霈F(xiàn)向后傾倒的現(xiàn)象。由于尺寸限制以及模塊改動(dòng)的難度太大且耗時(shí)，我們用DG995舵機(jī)取代了MG996R舵機(jī)。DG995舵機(jī)提供扭力25kg/cm,工作電壓4.8～7.4v,旋轉(zhuǎn)角度300°。大扭力舵機(jī)使得機(jī)器狗的穩(wěn)定性提高，也可以適當(dāng)?shù)奶岣咧匦奈恢玫母叨龋奖銠C(jī)器狗可以越過(guò)更多的障礙物，而不是用耗時(shí)耗力的避障繞行。

6 四足機(jī)器狗的電路與程序控制

由于供電電池組工作電壓是7.4v，而舵機(jī)控制板工作電壓是在5v，中間采用lm2596DC-DC舵機(jī)控制板，LM2596屬于DC-DC開(kāi)關(guān)電源的BUCK類(lèi)電壓反饋式的降壓型電源管理集成電路，能夠輸出5V/3A的驅(qū)動(dòng)電流，開(kāi)關(guān)頻率150KHz。如圖4所示，本電路中應(yīng)用了其固定的工作模式，輸入電壓Vin=7.4V,輸出電壓Vout=5V。

圖4 機(jī)器狗部分電路

如圖5所示，再用舵機(jī)控制板控制舵機(jī)，進(jìn)一步帶動(dòng)腿部和整體的運(yùn)動(dòng)。

圖5 機(jī)器狗主要控制系統(tǒng)框圖

用Arduino開(kāi)發(fā)板進(jìn)行程序的編寫(xiě)與對(duì)舵機(jī)的控制。利用Arduino可以更方便加裝其他功能模塊，如超聲波模塊、聲音識(shí)別控制模塊、無(wú)線接收模塊、液晶顯示等。

Arduino編程：Arduino使用C/C++編寫(xiě)程序，C語(yǔ)言是一種面向過(guò)程的編程語(yǔ)言，C++是一種面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言。早期的Arduino核心庫(kù)使用C語(yǔ)言編寫(xiě)，后來(lái)引進(jìn)了面向?qū)ο蟮乃枷?，目前最新的Arduino核心庫(kù)采用C與C++混合編寫(xiě)而成。我們使用的Arduino語(yǔ)言，是Arduino核心庫(kù)文件提供的各種應(yīng)用程序編程接口（Application Programming Interface，簡(jiǎn)稱(chēng)API）的集合。這些API是對(duì)更底層的單片機(jī)支持庫(kù)進(jìn)行二次封裝所形成的。這些封裝好的API，使得程序中的語(yǔ)句更容易被理解，我們不用理會(huì)單片機(jī)中繁雜的寄存器配置，就能直觀地控制Arduino，增強(qiáng)程序的可讀性的同時(shí)，也提高了開(kāi)發(fā)效率，這也是Arduino與單片機(jī)的最大區(qū)別，使用更簡(jiǎn)單，效率更高。

6.1 超聲模塊

超聲波傳感器的發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來(lái)，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離s，即s=340m/s×t/2。

超聲波傳感器是將超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成其他能量信號(hào)（通常是電信號(hào)）的傳感器。HC-SR04是比較常用的超聲波傳感器模塊，廣泛應(yīng)用于機(jī)器人測(cè)距、小車(chē)避障等場(chǎng)合，見(jiàn)圖6。

圖6 超聲波模塊

超聲波傳感器模塊的VCC、GND分別連接到開(kāi)發(fā)板的5V、GND。傳感器的Trig引腳、Echo引腳分別連接到開(kāi)發(fā)板的數(shù)字引腳6、7，見(jiàn)圖7。

圖7 電路連接圖

編程方面，我們將超聲波測(cè)距功能定義在一個(gè)函數(shù)中，以便在需要的時(shí)候調(diào)用，見(jiàn)圖8。

圖8 測(cè)距函數(shù)源代碼

6.2 語(yǔ)音模塊

根據(jù)圖9、圖10以及表1可見(jiàn)，LD3320語(yǔ)音識(shí)別模塊是emakefun基于非特定人語(yǔ)音識(shí)別LD3320SI-ASR芯片開(kāi)發(fā)的一款語(yǔ)音識(shí)別模塊。LD3320芯片上集成了高精度的 A/D和 D/A 接口，不再需要外接輔助的 Flash 和RAM，即可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別、聲控、人機(jī)對(duì)話功能。此外，還提供了真正的單芯片語(yǔ)音識(shí)別解決方案。該模塊有如下特點(diǎn)：

圖9 語(yǔ)音控制模塊

圖10 語(yǔ)音模塊初始化源代碼

表1 語(yǔ)音模塊電路連接對(duì)照表

第一，非特定人語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)。用戶(hù)不需要進(jìn)行錄音訓(xùn)練即可動(dòng)態(tài)編輯的識(shí)別關(guān)鍵詞語(yǔ)列表，只需要把識(shí)別的關(guān)鍵詞語(yǔ)以字符串的形式傳送進(jìn)芯片，即可以在下次識(shí)別中立即生效。

第二，支持用戶(hù)自由編輯50條關(guān)鍵詞語(yǔ)條。在同一時(shí)刻，最多在50條關(guān)鍵詞語(yǔ)中進(jìn)行識(shí)別，終端用戶(hù)可以根據(jù)場(chǎng)景需要，隨時(shí)編輯和更新關(guān)鍵詞語(yǔ)的內(nèi)容，每條詞條字?jǐn)?shù)不超過(guò)79個(gè)。

第三，采用MCU+LD3320設(shè)計(jì)。大大簡(jiǎn)化了用戶(hù)接線和編程難度。

LD3320語(yǔ)音模塊初始化源代碼如下：

6.3 舵機(jī)控制

關(guān)于舵機(jī)，舵機(jī)是一種位置（角度）伺服的驅(qū)動(dòng)器，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng)。舵機(jī)實(shí)際上是一種位置伺服的驅(qū)動(dòng)器，主要是由外殼、電路板、無(wú)核心馬達(dá)、齒輪與位置檢測(cè)器所構(gòu)成。

舵機(jī)內(nèi)部有一個(gè)基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生周期為20ms、寬度為1.5ms的基準(zhǔn)信號(hào)，將獲得的直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差輸出。經(jīng)過(guò)電路板IC方向判斷，再驅(qū)動(dòng)無(wú)核心馬達(dá)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，透過(guò)減速齒輪將動(dòng)力傳至擺臂，同時(shí)由位置檢測(cè)器送回信號(hào)，判斷是否已經(jīng)到位。舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度是通過(guò)調(diào)節(jié)PWM（脈沖寬度調(diào)制）信號(hào)的占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)的。標(biāo)準(zhǔn)的PWM信號(hào)的周期固定為20ms，理論上脈寬分布應(yīng)該在1ms到2ms之間，實(shí)際上可由0.5ms到2.5ms之間，脈寬與轉(zhuǎn)角0～180°相對(duì)應(yīng)。

脈寬調(diào)制（PWM，Pulse Width Modulation）技術(shù)是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中 。

由于Arduino的驅(qū)動(dòng)能力有限，當(dāng)需要控制多個(gè)舵機(jī)時(shí)，需要外接電源以及使用專(zhuān)用的舵機(jī)驅(qū)動(dòng)板。

舵機(jī)驅(qū)動(dòng)板：PCA9685模塊是16路12位PWM信號(hào)發(fā)生器，可用于控制舵機(jī)、LED、電機(jī)等設(shè)備，采用I2C通信協(xié)議。主機(jī)只需要使用I2C接口即可實(shí)現(xiàn)16路舵機(jī)控制。I2C總線一般由兩根數(shù)據(jù)傳輸線構(gòu)成：一根時(shí)鐘線（SCL）、一根數(shù)據(jù)線（SDA），見(jiàn)圖11～圖13。

圖11 PCA9685實(shí)物圖

圖12 Arduino與PCA9685連線圖

圖13 代碼控制數(shù)據(jù)示例

PCA9685的代碼控制：首先安裝Adafruit PWM Servo Driver Library庫(kù)。

初始化完成后，調(diào)用“pwm.setPWM(servonum, 0,pulselen)”即可控制對(duì)應(yīng)舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度。我們將機(jī)器狗的不同動(dòng)作封裝在不同的函數(shù)中，發(fā)送對(duì)應(yīng)語(yǔ)音指令調(diào)用函數(shù)執(zhí)行，見(jiàn)圖14。

圖14 部分源代碼示例

7 機(jī)器狗的運(yùn)動(dòng)控制

站立和蹲下是最簡(jiǎn)單的控制。先將舵機(jī)全部調(diào)至同一角度，設(shè)置在中值位，對(duì)應(yīng)各個(gè)位置在同一高度，此時(shí)就是對(duì)應(yīng)站立姿態(tài)。將中值位的角度看作坐標(biāo)軸的O點(diǎn)，再將除肩部以外的4個(gè)舵機(jī)的角度同時(shí)向坐標(biāo)軸左端移動(dòng)或者說(shuō)減小舵機(jī)的角度，達(dá)到同時(shí)減低各個(gè)部件的高度，即實(shí)現(xiàn)蹲下姿態(tài)。

將左前腿設(shè)為1，左后腿設(shè)為2，右前腿設(shè)為3，右后腿設(shè)為4，大腿關(guān)節(jié)設(shè)為A，小腿關(guān)節(jié)設(shè)為B，行走步態(tài)暫時(shí)不動(dòng)肩部關(guān)節(jié)，見(jiàn)圖15、圖16。

圖15 機(jī)器狗設(shè)置值

圖16 設(shè)置示意圖

對(duì)1、4，應(yīng)做到：①先將小腿關(guān)節(jié)B減小角度（即轉(zhuǎn)動(dòng)舵機(jī)讓小腿靠近大腿），同時(shí)將大腿關(guān)節(jié)A增大角度（即轉(zhuǎn)動(dòng)舵機(jī)遠(yuǎn)離水平線）；②B增大角度使小腿的腳部達(dá)到地面；③A減小角度，同時(shí)另一組2、3做第①步，從而帶動(dòng)機(jī)器狗向前走。三步驟經(jīng)歷的時(shí)間一定很短，要不然狗身容易倒，并且動(dòng)作一定要連續(xù)，不然會(huì)延長(zhǎng)腿部滯空時(shí)間，進(jìn)而會(huì)增加機(jī)器狗倒下的幾率，見(jiàn)圖17。

圖17 機(jī)器狗內(nèi)部設(shè)計(jì)

上文提到狗的頭部是用來(lái)發(fā)射和接收信息的。在機(jī)器狗的頭部裝備兩個(gè)超聲波探測(cè)器，兩個(gè)探測(cè)器與豎直平面都有一個(gè)角度，這樣它發(fā)射的超聲波是向斜前方的，這樣不僅可以探測(cè)前方是否有障礙物從而進(jìn)行避障，而且可以測(cè)量是否可以通過(guò)狹窄通道，見(jiàn)圖18。

圖18 超聲波探測(cè)器

8 總結(jié)與展望

此款機(jī)器狗根據(jù)生物狗的身體結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)步態(tài)進(jìn)行了制作，肩關(guān)節(jié)和大腿關(guān)節(jié)連在一起，更容易進(jìn)行仿生研究和對(duì)機(jī)器狗的控制。機(jī)器狗總體具有對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單方便設(shè)計(jì)與制造。對(duì)步態(tài)的設(shè)計(jì)參照了生物狗簡(jiǎn)單的小跑步態(tài)，適合初次接觸者。小尺寸大扭力電機(jī)保證了完成各種動(dòng)作的基本需求。此機(jī)器狗的設(shè)計(jì)了也是參考了很多前人的經(jīng)驗(yàn)，由于自身經(jīng)驗(yàn)，時(shí)間等原因沒(méi)能制作的足夠好。當(dāng)然，此狗還可以進(jìn)行更多的改造：增加定位系統(tǒng)，可以通過(guò)衛(wèi)星進(jìn)行鏈接；換尺寸進(jìn)一步更換更大扭力的電機(jī)，能提高對(duì)復(fù)雜地形的適應(yīng)能力；增加攝像頭，機(jī)械臂，對(duì)探測(cè)地形和取回樣本有很大作用；增加人狗交互系統(tǒng)，使與狗的交流和控制更加方便。