基于智能終端控制的行走載物裝置及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種機(jī)器人，具體涉及一種基于智能終端控制的行走載物裝置及控制 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著網(wǎng)絡(luò)時代的到來以及第四代通信技術(shù)的發(fā)展，各種智能移動終端相繼問世， 以Android5.0平臺為代表的智能手機(jī)正伴隨著3G/4G技術(shù)開始獲得人們的廣泛接受。在 這場移動設(shè)備的革命中，移動終端設(shè)備己經(jīng)跨越了僅僅將通信作為唯一目標(biāo)的模式，如今 變成了具有廣泛應(yīng)用價值的計算、控制、管理的綜合服務(wù)平臺。將智能手機(jī)與控制系統(tǒng)相結(jié) 合，使傳統(tǒng)的PC機(jī)工作平臺具備便攜能力，為實現(xiàn)真正的移動通信提供了可能。Android手 機(jī)可利用周圍無線網(wǎng)絡(luò)資源與行走載物裝置進(jìn)行交互并實施控制，不僅為現(xiàn)有智能控制系 統(tǒng)提供了新的控制方法，也為實現(xiàn)機(jī)器與人的信息交換提供了新的交互手段。特別是在我 國醞釀的物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)與應(yīng)用的大潮中，這樣一種新型的控制方法，將對人們的工作方式及 生活方式，甚至對世界都將產(chǎn)生巨大的影響。
[0003] 目前，有十余項專利與Android手機(jī)控制的行走載物裝置及控制方法有關(guān)：如公 開號：CN102655012A公開了"一種基于Android平臺控制碟機(jī)的裝置及方法"，該裝置包 括Android設(shè)備，所述基于Android平臺控制碟機(jī)的裝置還包括碟機(jī)；所述碟機(jī)包括用于讀 碟的MPEG模塊；所述Android設(shè)備包括用于檢測碟機(jī)狀態(tài)且在碟機(jī)中有碟片時控制碟機(jī) 的MPEG模塊讀碟并將讀取的碟片內(nèi)容轉(zhuǎn)發(fā)的MCU模塊和與所述MPEG模塊連接的用于播放 MCU模塊轉(zhuǎn)發(fā)過來的MPEG模塊讀取的碟片內(nèi)容的播放模塊。又如公開號CN101916201A 公開了"一種基于Android移動終端冷啟動的方法和裝置"，該方法包括在快速冷啟動模式 下，當(dāng)關(guān)閉移動終端的電源后，移動終端在待機(jī)狀態(tài)下將需要保存的數(shù)據(jù)備份到非易失存 儲設(shè)備中，然后將移動終端斷電；當(dāng)重新啟動移動終端后，將備份在非易失存儲設(shè)備中的 數(shù)據(jù)恢復(fù)到相應(yīng)的物理內(nèi)存。又如公開號為CN103019746A公開了"基于Android平臺的 軟件交互控制方法及系統(tǒng)"，該控制方法包括以下步驟：步驟S01、當(dāng)監(jiān)聽到觸發(fā)事件時，獲 取預(yù)置的界面組件及相應(yīng)的系統(tǒng)底層數(shù)據(jù)；步驟S02、根據(jù)所述預(yù)置的界面組件及相應(yīng)的 系統(tǒng)底層數(shù)據(jù)，按照預(yù)先設(shè)置的顯示邏輯在頂層顯示相應(yīng)的界面；步驟S03、監(jiān)測到外部指 令時，響應(yīng)外部指令，并將所述指令寫入系統(tǒng)底層，并返回執(zhí)行步驟S02。
[0004] 以上專利申請均存在以下缺點：
[0005] (1)機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜：行走裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，不利于現(xiàn)代化的智能控制。 [0006] (2)仿生性差：上述裝置均不是基于動物的行走姿勢模仿制造而得，使得裝置的 運(yùn)行比較笨拙，不能達(dá)到仿生裝置的靈活運(yùn)動狀態(tài)。
[0007] (3)軟件控制流程復(fù)雜：基于Android手機(jī)控制的程序十分復(fù)雜，造成系統(tǒng)響應(yīng)速 度慢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是提供一種基于智能終端控制的行走載物裝置及控制方法，它具有 穩(wěn)定性強(qiáng)、速度快、行走距離長，并能在復(fù)雜環(huán)境中行走。
[0009] 本發(fā)明所述的基于智能終端控制的行走載物裝置，
[0010] 智能終端，用于發(fā)送控制指令；
[0011] 載物平臺，用于搭載物品；
[0012] 四條腿，對稱設(shè)置在載物平臺的左右兩邊，用于行走且支撐載物平臺，每個所述腿 包括髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)，在各髖關(guān)節(jié)和各膝關(guān)節(jié)上均設(shè)有舵機(jī)；
[0013] 超聲波傳感器，該超聲波傳感器設(shè)置在載物平臺的前邊緣，用于探測前方障礙 物；
[0014] 傳感器模塊，由加速度計和陀螺儀組成，該傳感器模塊安裝在載物平臺的下方，用 于檢測載物平臺的傾斜角度值；
[0015] 單片機(jī)最小系統(tǒng)，該單片機(jī)最小系統(tǒng)分別與超聲波傳感器、傳感器模塊以及各舵 機(jī)連接，基于超聲波傳感器及傳感器模塊所采集的數(shù)據(jù)對各舵機(jī)進(jìn)行控制；單片機(jī)最小系 統(tǒng)還與智能終端進(jìn)行無線通信，接收智能終端所發(fā)出的控制指令，并基于該控制指令對各 舵機(jī)進(jìn)行控制；
[0016] 無線通信模塊，該無線通信模塊與單片機(jī)最小系統(tǒng)連接，用于實現(xiàn)單片機(jī)最小系 統(tǒng)與智能終端的無線通信；
[0017] 電源模塊，該電源模塊經(jīng)5V穩(wěn)壓模塊穩(wěn)壓后為單片機(jī)最小系統(tǒng)、無線通信模塊、 聲波傳感器、傳感器模塊供電，電源模塊還經(jīng)6V穩(wěn)壓模塊穩(wěn)壓后為各舵機(jī)供電。
[0018] 在每條腿的足底均設(shè)有橡膠。
[0019] 所述單片機(jī)最小系統(tǒng)采用的控制芯片為STC12C5A60S2。
[0020] 所述舵機(jī)的型號為MG995。
[0021] 所述超聲波傳感器的型號為HC-SR04。
[0022] 所述傳感器模塊的型號為MPU-6050。
[0023] 所述智能終端為Android手機(jī)。在Android手機(jī)上設(shè)置有六個指令鍵，其中："S1" 表示啟動，"S2"表示停止，"S3"表示前進(jìn)，"S4"表示后退，"S5"表示左轉(zhuǎn)，"S6"表示右轉(zhuǎn)； Android手機(jī)通過這六個指令鍵來發(fā)送控制指令給單片機(jī)最小系統(tǒng)。
[0024] 還包括與單片機(jī)最小系統(tǒng)連接的模式切換按鍵和模式指示燈，當(dāng)模式指示燈亮表 示手動控制模式，當(dāng)模式指示燈滅為自動控制模式。
[0025] 本發(fā)明所述的基于智能終端控制的行走載物裝置的控制方法，
[0026] 包括自動控制模式和手動控制模式；
[0027] 在自動控制模式下：
[0028] a、傳感器模塊檢測載物平臺的傾斜角度值T_ANGEL并傳送給單片機(jī)最小系統(tǒng)，超 聲波傳感器探測前方是否有障礙物并傳送給單片機(jī)最小系統(tǒng)；
[0029] 所述傾斜角度值T_ANGEL的計算公式如下：
[0030] T_ANGEL = (G_VALUE-G_OFFSET)*Kgyro+I：D_VALUE*(l/T);
[0031] 其中：G_VALUE為陀螺儀采集的值，G_0FFSET為陀螺儀的零偏值，Kgyro為陀螺儀 的比例值，DJALUE為加速度計所獲得的傾斜角度，T為積分時間常數(shù)；
[0032] b、單片機(jī)最小系統(tǒng)基于該傾斜角度值T_ANGEL控制PWM波的占空比實現(xiàn)對各舵機(jī) 轉(zhuǎn)動角度的控制，從而控制髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的擺動角度，使行走載物裝置循環(huán)執(zhí)行前進(jìn)動 作；當(dāng)超聲波傳感器探測到前方有障礙物時，單片機(jī)最小系統(tǒng)控制行走載物裝置執(zhí)行右轉(zhuǎn) 或左轉(zhuǎn)動作，繞過障礙物后再循環(huán)執(zhí)行前進(jìn)動作；
[0033] 在手動控制模式下：
[0034] 單片機(jī)最小系統(tǒng)基于智能終端所發(fā)送的控制指令控制PWM波的占空比實現(xiàn)對各 舵機(jī)輸出軸旋轉(zhuǎn)角度的控制，從而控制髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的擺動角度，使行走載物裝置完成 該控制指令所對應(yīng)的動作，該控制指令包括前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、啟動及停止動作。
[0035] 行走載物裝置的前進(jìn)通過五個步態(tài)完成：
[0036] 步態(tài)1、單片機(jī)最小系統(tǒng)控制左前腿和右后腿的髖關(guān)節(jié)向前擺動角度為0，左前 腿和右后腿的膝關(guān)節(jié)保持直立；
[0037]步態(tài)2、單片機(jī)最小系統(tǒng)控制右前腿和左后腿的髖關(guān)節(jié)向前擺動角度為0，右前 腿和左后腿的膝關(guān)節(jié)保持直立；
[0038] 步態(tài)3、單片機(jī)最小系統(tǒng)控制左如腿和右后腿的散關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)保持直立；
[0039]步態(tài)4、單片機(jī)最小系統(tǒng)控制左前腿和右后腿的髖關(guān)節(jié)向前擺動角度為0，左前 腿和右后腿的膝關(guān)節(jié)保持直立；
[0040] 步態(tài)5、單片機(jī)最小系統(tǒng)控制右如腿和左后腿的散關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)保持直立，左如腿 和右后腿的散關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)保持直立。
[0041] 行走載物裝置的后退通過五個步態(tài)完成：
[0042]步態(tài)1 :單片機(jī)最小系統(tǒng)控制左前腿和右后腿的髖關(guān)節(jié)向后擺動角度為0，左前 腿和右后腿的膝關(guān)節(jié)保持直立；
[0043] 步態(tài)2 :單片機(jī)最小系統(tǒng)控制右前腿和左后腿的髖關(guān)節(jié)向后擺動角度為0，右前 腿和左后腿的膝關(guān)節(jié)保持直立；
[0044] 步態(tài)3、單片機(jī)最小系統(tǒng)控制左如腿和右后腿的散關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)保持直立；
[0045]步態(tài)4、單片機(jī)最小系統(tǒng)控制左前腿和右后腿的髖關(guān)節(jié)向后擺動角度為0，左前 腿和右后腿的膝關(guān)節(jié)保持直立；
[0046] 步態(tài)5、單片機(jī)最小系統(tǒng)控制右如腿和左后腿的散關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)保持直立，左如腿 和右后腿的散關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)保持直立；
[0047] 行走載物裝置的左轉(zhuǎn)通過四個步態(tài)完成：
[0048] 步態(tài)1、單片機(jī)最小系統(tǒng)控制右前腿和左后腿的髖關(guān)節(jié)向前擺動角度為0，右前 腿和左后腿的膝關(guān)節(jié)保持直立；
[0049]步態(tài)2、單片機(jī)最小系統(tǒng)控制左前腿和右后腿的髖關(guān)節(jié)向前擺動角度為0，左前 腿和右后腿的膝關(guān)節(jié)保持直立；
[0050] 步態(tài)3、單片機(jī)最小系統(tǒng)控制右如腿和左后腿的散關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)保持直立；
[0051] 步態(tài)4、單片機(jī)最小系統(tǒng)控制左如腿和右后腿的散關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)保持直立；
[0052] 行走載物裝置的右轉(zhuǎn)通過四個步態(tài)完成：
[0053] 步態(tài)1、單片機(jī)最小系統(tǒng)控制左前腿和右后腿的髖關(guān)節(jié)向前擺動角度為0，左前 腿和右后腿的膝關(guān)節(jié)保持直立；
[0054]步態(tài)2、單片機(jī)最小系統(tǒng)控制右前腿和左后腿的髖關(guān)節(jié)向前擺動角度為0，右前 腿和左后腿的膝關(guān)節(jié)保持直立；
[0055] 步態(tài)3、單片機(jī)最小系統(tǒng)控制左如腿和右后腿的散關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)保持直立；
[0056] 步態(tài)4、單片機(jī)最小系統(tǒng)控制右如腿和左后腿的散關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)保持直立。
[0057] 本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
[0058] (1)本發(fā)明采用腿式結(jié)構(gòu)，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單；四條腿（每條腿的兩個關(guān)節(jié)：髖關(guān)節(jié) 和膝關(guān)節(jié)），每個腿關(guān)節(jié)上裝有舵機(jī)；穩(wěn)定性強(qiáng)、速度快、行走距離長，能夠在復(fù)雜環(huán)境中行 走；
[0059] (2)軟硬件控制簡單方便，系統(tǒng)響應(yīng)速度快；微處理采用STC12C5A60S2單片機(jī)芯 片；該芯片屬于8051系列單片機(jī)的一種，但與普通51單片機(jī)相比有以下特點：同樣晶振 的情況下，速度是普通51的8~12倍；有8路10位AD;有4個16位定時器，2路PWM;有 SPI接口；有EEPROM;有IK內(nèi)部擴(kuò)展RAM;有WATCH_D0G;雙串口；IO口可以定義（含四種 狀態(tài)）；中斷優(yōu)先級有四種狀態(tài)可定義；軟件采用模糊PID的控制算法，提高了行走載物裝 置的穩(wěn)定性和可靠性；
[0060] (3)仿生性強(qiáng)；本發(fā)明步態(tài)采用模擬哺乳動物行走姿態(tài)，使基于Android手機(jī)控 制的行走載物裝置能夠快速穩(wěn)定的行走在復(fù)雜的環(huán)境中；根據(jù)行走載物裝置要完成的任務(wù) (運(yùn)動控制、穩(wěn)定控制）及當(dāng)前運(yùn)行的地形環(huán)境（不平整地形、斜坡地形等）信息對受力 腿步態(tài)和運(yùn)動腿步態(tài)進(jìn)行規(guī)劃；受力腿，指的是將兩條對角線上的兩條腿