[发明专利]一种可行走人形机器及其多种传感器融合方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种人形可行走机器人及其多种传感器的融合方法，具体地说就是将有利于机器人感知环境和运动的传感器有机结合，并创新算法使各传感器加强内在联系协调工作，属于人工智能领域。

背景技术

人形机器人是一种新兴的技术，为使机器人能够更加灵巧，完成更多任务，需要运用多种传感器对外界环境进行不断地检测与反馈，传感器的合理使用可以使机器人获得周围环境更立体全面的反馈、更好的完成人为设定的任务，但是目前人形机器人领域传感器融合不是很完善，大都对各传感器采集的信息进行单独、孤立的处理，因此不仅会导致信息处理工作量的增加，而且，割断了各传感器信息间的内在联系，丢失了信息经有机组合后可能蕴含的有关环境特征，造成信息资源的浪费。多种传感器的信息融合技术可以解决此类问题。

发明内容

针对上述不足，本发明提供了一种运用了步进电机、GPS导航器件、超声波传感器、视觉传感器、激光测距仪、加速度传感器、电机霍尔传感器、温度传感器等组成了模拟人形机器人。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种可步行新型人形机器人，运用人形为框架装上多种传感器，合理融合在算法上加强了内在联系，避免了信息资源浪费。其特征在于：首先，步进电机组成了人形机器人所有关节，步进电机的转速和位置取决于脉冲信号的频率和脉冲数，所以可以直接得到电机的绝对位置，其与电机霍尔传感器融合使用可以更好计算出关节速度有利于机器人关节动作的完成。每个电机上都装有三个线性霍尔传感器，互成120度，当电机旋转时，三个线性霍尔传感器输出模拟信号，模拟霍尔信号经过AD788采集后传输到关节的FPGA（Field－ProgrammableGateArray）用来计算电机位置和速度，从而实现对电机的控制。

机器人的跨步动作是由多个关节共同完成，在机器人脚步加装加速度传感器，用以检测机器人跨步速度以及掌握机器人腿部位置，反馈信息可以协调腿部各关节运动，达到步调一致、有条不紊的效果。

超声波和视觉传感器用来产生一个被层次化坐标所分割的图，视觉和激光测距传感器用来感知环境中的三维区域格，并通过约束来提出无关的特征。设定每只传感器的不确定性为高斯分布且所有传感器测量值的标准偏差相同，采用加权平均法作为系统信息融合的算法。

在执行任务的过程中，机器人往往需要确定自身位置，因此我们为机器人加上GPS导航器件用于确定机器人的状态和位置。

温度传感器用于探测在特殊情况下的环境温度，保护机器人自身。本人形机器人所用芯片为飞思卡尔MK60DX255VLQ104N22DQCTAC1304TK单片机。

本发明数据采集与驱动为数字化系统所有模拟传感器信号将在最近位置采集并转化为数字信号，以LVDS（Low-VoltageDifferentialSignaling）差分信号的形式传输到FPGA，FPGA对信号进行重新梳理同时产生对AD7888等其间的控制信号，最后总FPGA将这些传感器信号和电机控制信号以LVDS差分信号的形式传送到DSP（DigitalSignalProcessing）上，实现人形机器人整体的数字化、智能化。

该发明的有益之处是：合理的选用了各种传感器，使机器人关节运动处于可控状态之下，关节活动更精准，提高了机器人精度。腿部加装加速度计事腿部运动避免出现错乱，避免其倒地危险，在视觉方面运用多个传感器配合使用将周围环境层次化区域化采集，GPS传感器精准确定机器人位置，也有助于其自我活动，本发明亦能感知周围环境信息，有高温保护装置，用于极端情况下，提高其自我保护意识。本发明运用传感器系统数字化技术对于进一步提高转换器的性能，节省控制器的模数转换资源是非常有利的。

附图说明

附图1为人形机器人传感器总体结构示意图：

图中：1——控制核心CPU；2——超声波传感器；3——视觉传感器；4——激光测距仪；5——步进电机；6——电机霍尔传感器；7——加速度计传感器；8——GPS导航器件；9——温度传感器。

实施方式

本发明的视觉部分由超声波传感器、视觉传感器、激光测距仪等组成，可将周边环境转化为层次化网格化的立体环境；对于机器人活动的检测和控制是由加速度传感器、电机霍尔传感器实现；GPS导航器件用于机器人整体位置的感知，另外在特殊环境下还可以检测温度实现有效环境预警。