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【玩转开源】中日创客隔空合作5只脚的TARS机器人

【玩转开源】中日创客隔空合作5只脚的TARS机器人 DF创客社区
2015-08-27
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导读:中日两国创客隔空制造,能够步行的5足机器人,分享制造的喜悦。

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5只脚的TARS机器人
你还记得TARS吗?电影《星际穿越》的一个智能机器人,它有非常独特的外型还有独特的行走方式,着实招来一帮机器人爱好者的追捧。



于是,机械工程师Oisn基于原型,尝试做出了一个类似的机器人:“墙王”——Wallking( Wall+Walking=Wallking,会走的墙就是“墙王”)

Osin造出的作品是这样滴:
中心使用的微型舵机和边上的微型步进电机
5个微型舵机+5个微型步进电机的组合
Osin的设想
微型舵机用于腿的转动,步进电机用于伸缩,通过伸缩和转动的配合实现步行。

理论上这是可行的一种方案,实际试运行发现一个严重的问题,这款步进电机滑块用于推动腿的伸缩,但是滑块非常松,导致运行时腿的晃动非常大,而且也无法精确控制位置。



虽然很不情愿,但是不得不放弃这个方案。

于是,这货悲催的变成LZ桌上的众摆设之一…

Wallking研发已失败告终…
TO BE CONTINUE…


虽然Osin的wallking最后以研发失败告终,TO BE CONTINUE…也木有续篇。

但DFRobot的日本实习生小山嘉,看到这个机器人之后,产生了要把Wallking完成,希望能让wallking真正的走起来的想法。并成功让wallking走动起来~


小山嘉造出的作品是这样滴:


所以他的项目,也是以很有趣的方式开始的,也可以说Osin把自己的作品开源之后,小山嘉则借用了Osin设计的机械结构为基础,以再开发者的身份做出的项目吧,并完成了这次隔空合作,OMG ,这难道就是传说中分享的力量吗?
小山嘉的设想
TARS5的机械结构是由Osin设计并3D打印出来的,相当佩服!它身上总共10个舵机,其中5个控制每只脚的倾斜角度,另外5个控制每只脚的伸缩。脚的伸缩通过齿轮齿条传动。

控制器使用的是Arduino Uno R3,外加一块传感器扩展板。

为了能够自己决定前进方向,它的正面安装了两个红外测距传感器。当检测到左侧有障碍物而右侧没有,则右转;右侧检测到障碍物而左侧没有,则左转;两侧都没有障碍物则前进;两侧都有障碍物则后退。

好了,这项目的重点是在如何让TARS5走起来这一点上。

让TARS5走起来的基本思路是:始终有3只脚在地上保持平衡,然后再用其余2只脚跟地面接触来移动。但是保持平衡用的3只脚和移动用的2只脚不是固定不变的,毕竟5只脚中只有固定的两只脚用于移动未免太无聊了一点。

小山嘉的教程
1
设计每只脚的动作

上图是每只脚的两种动作的轨迹,黑线是脚本身,红线是与地面接触并驱动身体移动时的脚末端的轨迹(这种动作叫什么来着?想不起来了,就叫踢吧。),蓝线是跨步时的脚末端的轨迹。为了能够前进也能够后退,需要有一个与上图水平镜像的动作,因此需要准备4种动作(顺时针踢,逆时针踢,顺时针跨,逆时针跨)。


2
设计每只脚的运动顺序

设计好每只脚的动作之后就要设计前进,后退,左转,右转,共四种运动时每只脚的运动顺序了。

为了能够清楚地说明这些运动,首先说明如下几件事。
上图是前进动作流程图中的一部分。
首先,在初始状态下,有第1,3,5脚在左侧,第2,4脚在右侧。
然后第3脚通过逆时针踢,从左侧移到了右侧。因为第3脚在正中间,因此它的逆时针踢会让机器人整体向前走一步。而在第3脚运动期间,由第1,2,4,5脚来保持平衡。
现在有第1,5脚在左侧,第2,3,4脚在右侧。
然后第2,4脚通过逆时针跨,从右侧移动到了左侧。因为第2,4脚跨步不会与地面接触,因此机器人在这一动作中不会移动。在这一运动期间,由第1,3,5脚来保持平衡。
现在有第1,2,4,5脚在左侧,第3脚在右侧。
总之就按这种读法去看下面四个动作的流程图应该就能理解了。





为了简化动作的设计,我让所有动作的初始状态都设成一样的。但是这样做的最大缺点是机器人在没有循环到初始状态之前无法改变动作。而且每个循环大概需要11秒左右,所以它的响应很慢很慢。


视频请戳


实际录像时前进和后退的动作与上面流程图有一点点不同,第3脚只跨步,不踢,因为测试时发现当用第3脚踢时经常不会往前走而只会转身,所以动作上稍微做了一点改变。


现在正在改进它的运动算法,使其能够不需要回到初始状态就能够改变动作。


本文由Luna编辑整理,转载请注明出处!


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