一種四足動物運(yùn)動觀測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)實(shí)用新型公開了一種四足動物運(yùn)動觀測系統(tǒng)，本實(shí)用新型包括有運(yùn)動通道、六自由度平臺、紅外線攝像頭、高速攝像機(jī)、重力傳感器、計算機(jī)，運(yùn)動通道和六自由度平臺配合使用，運(yùn)動通道包含右轉(zhuǎn)彎段、左轉(zhuǎn)彎段、15°坡段和25°坡段四個部分，六自由度平臺上均布有重力傳感器。本實(shí)用新型使四足動物觀測過程系統(tǒng)化，提高了觀測結(jié)果的集成度，大大縮短了觀測周期，有效解決了四足動物運(yùn)動觀測困難的問題。
【專利說明】
—種四足動物運(yùn)動觀測系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及四足動物運(yùn)動觀測和仿生機(jī)器人研究領(lǐng)域。特別涉及山羊維穩(wěn)減振特性觀測與研究?？捎糜谒淖銠C(jī)器人的運(yùn)動測試。
技術(shù)背景
[0002]從1959年美國制造出世界第一臺工業(yè)機(jī)器人至今，機(jī)器人的發(fā)展經(jīng)歷了多個階段，目前正處于具有高級生命形態(tài)特征的仿生機(jī)器人研究階段。仿生機(jī)器人是模仿自然界中生物的外部形態(tài)或某些機(jī)能的機(jī)器人系統(tǒng)，是將運(yùn)動仿生、感知仿生、控制仿生、能量仿生、材料仿生等仿生技術(shù)完美綜合與全面應(yīng)用的產(chǎn)物。其中，運(yùn)動觀測是運(yùn)動仿生技術(shù)的基礎(chǔ)與前提。
[0003]應(yīng)用運(yùn)動仿生技術(shù)進(jìn)行四足仿生機(jī)器人研究，首先應(yīng)獲取仿生原型的運(yùn)動參數(shù)(步態(tài)、步速、步幅、關(guān)節(jié)角、四足驅(qū)動規(guī)律及受力分布情況等)，即對四足動物進(jìn)行運(yùn)動圖像采集和受力分布測試。
[0004]為方便、快捷的獲取四足動物運(yùn)動參數(shù)，本實(shí)用新型設(shè)計了一種四足動物運(yùn)動觀測系統(tǒng)，在山羊維穩(wěn)減振性能觀測和德國牧羊犬運(yùn)動特性觀測方面效用上佳，能廣泛應(yīng)用于牛、羊、馬、驢、鹿、犬等四足動物的運(yùn)動觀測，為四足機(jī)器人的研究提供運(yùn)動參數(shù)，也可用于四足機(jī)器人的運(yùn)動測試，為四足機(jī)器人的運(yùn)動性能改進(jìn)提供方便。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的是提供一種四足動物運(yùn)動觀測系統(tǒng)，本實(shí)用新型能實(shí)現(xiàn)四足動物運(yùn)動觀測系統(tǒng)化，提高觀測集成度，縮短觀測周期，為獲取四足動物運(yùn)動參數(shù)提供方便，為四足機(jī)器人研究奠定基礎(chǔ)。
[0006]本實(shí)用新型包括有一個運(yùn)動通道；一個位于運(yùn)動通道包圍空間中心位置的六自由度平臺；六個紅外線攝像頭和六個攝像頭支架；一個高速攝像機(jī)和一個攝像機(jī)移動架；四個均布于六自由度平臺載物臺上的重力傳感器；一個接收紅外線攝像頭、高速攝像機(jī)和重力傳感器的輸出數(shù)據(jù)，并控制六自由度平臺運(yùn)動的計算機(jī)；
[0007]所述的運(yùn)動通道包含有右轉(zhuǎn)彎段、左轉(zhuǎn)彎段、15°坡段和25°坡段，右轉(zhuǎn)彎段與左轉(zhuǎn)彎段之間、左轉(zhuǎn)彎段與15°坡段之間、15°坡段與25°坡段之間均由水平面連接；
[0008]所述的六自由度平臺是由載物臺、上平臺、鉸鏈、電動缸、下平臺和滾輪組成，六個電動缸通過鉸鏈鉸接在下平臺與上平臺之間，下平臺的底面設(shè)置滾輪，上平臺上方連接有載物臺，四個重力傳感器均布于載物臺上，四個重力傳感器的位置可調(diào)，由計算機(jī)控制六自由度平臺運(yùn)動，四足動物位于載物臺上，隨六自由度平臺運(yùn)動，四足動物的四肢踩踏在四個重力傳感器上，其四足受力數(shù)據(jù)實(shí)時傳入計算機(jī)中；
[0009]所述紅外線攝像頭設(shè)置在攝像頭支架上，六個紅外線攝像頭布設(shè)在運(yùn)動通道的周邊或運(yùn)動通道上，具體位置根據(jù)實(shí)際需要確定；所述的高速攝像機(jī)設(shè)置在攝像機(jī)移動架上，高速攝像機(jī)位于運(yùn)動通道周邊或運(yùn)動通道上，具體位置根據(jù)實(shí)際需要確定。
[0010]本實(shí)用新型的工作過程和原理:
[0011]本實(shí)用新型包括運(yùn)動模式和靜止模式，四足動物運(yùn)動模式在運(yùn)動通道上實(shí)現(xiàn)，能夠先后實(shí)現(xiàn)四足動物的直線運(yùn)動、左轉(zhuǎn)彎運(yùn)動、右轉(zhuǎn)彎運(yùn)動、15°坡運(yùn)動、25°坡運(yùn)動的觀測，五種運(yùn)動方式可以單獨(dú)進(jìn)行也可以按序依次進(jìn)行，坡上運(yùn)動包括上坡、下坡兩種情況；四足動物的靜止模式在六自由度平臺上實(shí)現(xiàn)，能夠按需實(shí)現(xiàn)四足動物在平動(前后、左右、上下移動)、轉(zhuǎn)動(左右轉(zhuǎn)動)、傾斜(前后、左右傾斜)、隨機(jī)振動時應(yīng)激反應(yīng)的觀測，由計算機(jī)調(diào)節(jié)，六自由度平臺在各種模式(平動、轉(zhuǎn)動、傾斜、隨機(jī)振動)下，參數(shù)變化具有連續(xù)性。例如，為測量四足動物維穩(wěn)極限角，可連續(xù)變化六自由度平臺的傾斜角，觀察四足動物維持穩(wěn)定的最大傾斜角。
[0012]本實(shí)用新型的有益效果:
[0013]本實(shí)用新型將運(yùn)動通道與六自由度平臺配合使用，重力傳感器與六自由度平臺相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)牛、羊、馬、驢、鹿、犬等較大型四足動物的運(yùn)動觀測，大大提高了觀測效率，縮短了觀測周期，實(shí)現(xiàn)了四足動物運(yùn)動觀測系統(tǒng)化，解決了較大型四足動物運(yùn)動觀測困難的問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2為本實(shí)用新型的六自由度平臺立體示意圖。
[0016]圖3為本實(shí)用新型的運(yùn)動通道立體示意圖。
[0017]圖4為本實(shí)用新型運(yùn)動模式下四足動物右轉(zhuǎn)彎運(yùn)動示意圖。
[0018]圖5為本實(shí)用新型運(yùn)動模式下四足動物15°坡運(yùn)動示意圖。
[0019]圖6為本實(shí)用新型運(yùn)動模式向靜止模式切換示意圖。
[0020]圖7為本實(shí)用新型靜止模式下四足動物前傾狀態(tài)示意圖。
[0021]圖8為本實(shí)用新型靜止模式下四足動物前移狀態(tài)示意圖。
[0022]圖9為本實(shí)用新型靜止模式下四足動物左轉(zhuǎn)狀態(tài)示意圖。
[0023]圖中:1-運(yùn)動通道，2_六自由度平臺，3_紅外線攝像頭,4_聞速攝像機(jī),5_重力傳感器，6-計算機(jī)，7-攝像頭支架，8_攝像機(jī)移動架，9-四足動物，10-載物臺，11-上平臺，12-鉸鏈，13-電動缸，14-下平臺，15-滾輪，16-右轉(zhuǎn)彎段，17-左轉(zhuǎn)彎段，18-15 °坡段，19-25° 坡段。

【具體實(shí)施方式】
[0024]請參閱圖1、圖2和圖3所示,本實(shí)用新型包括有一個運(yùn)動通道I ;一個位于運(yùn)動通道I包圍空間中心位置的六自由度平臺2 ;六個紅外線攝像頭3和六個攝像頭支架7 ;—個高速攝像機(jī)4和一個攝像機(jī)移動架8 ;四個均布于六自由度平臺2載物臺10上的重力傳感器5 個接收紅外線攝像頭3、高速攝像機(jī)4和重力傳感器5的輸出數(shù)據(jù)，并控制六自由度平臺2運(yùn)動的計算機(jī)6;
[0025]如圖3所示，所述的運(yùn)動通道I包含有右轉(zhuǎn)彎段16、左轉(zhuǎn)彎段17、15°坡段18和25。坡段19，右轉(zhuǎn)彎段16與左轉(zhuǎn)彎段17之間、左轉(zhuǎn)彎段17與15°坡段18之間、15°坡段18與25°坡段19之間均由水平面連接；
[0026]如圖2所示，所述的六自由度平臺2是由載物臺10、上平臺11、鉸鏈12、電動缸13、下平臺14和滾輪15組成，六個電動缸13通過鉸鏈12鉸接在下平臺14與上平臺11之間，下平臺14的底面設(shè)置滾輪15，滾輪15具有自鎖功能，上平臺11上方連接有載物臺10，四個重力傳感器5均布于載物臺10上，四個重力傳感器5的位置可調(diào)，由計算機(jī)6控制六自由度平臺2運(yùn)動，四足動物9位于載物臺10上，隨六自由度平臺2運(yùn)動，四足動物9的四肢踩踏在四個重力傳感器5上，其四足受力數(shù)據(jù)實(shí)時傳入計算機(jī)6中；
[0027]所述紅外線攝像頭3設(shè)置在攝像頭支架7上，六個紅外線攝像頭3位于運(yùn)動通道I的周邊或運(yùn)動通道I上，具體位置根據(jù)實(shí)際需要確定；所述的高速攝像機(jī)4設(shè)置在攝像機(jī)移動架8上，高速攝像機(jī)4位于運(yùn)動通道I周邊或運(yùn)動通道I上，具體位置根據(jù)實(shí)際需要確定。
[0028]所述計算機(jī)6的程序是現(xiàn)有程序。
[0029]本實(shí)施例的工作過程和原理:
[0030]本實(shí)施例包括運(yùn)動模式和靜止模式，四足動物9以山羊為例；
[0031]運(yùn)動模式試驗:牽引人牽引受測山羊由運(yùn)動通道I起始點(diǎn)開始運(yùn)動，依次經(jīng)過右轉(zhuǎn)彎段16、左轉(zhuǎn)彎段17、15°坡段18、25°坡段19四個重點(diǎn)觀測部位，其間六個紅外線攝像頭3和一個高速攝像機(jī)4的位置如圖4、圖5所示。攝像頭支架7支撐紅外線攝像頭3，紅外線攝像頭3的高度、位置可調(diào)。攝像機(jī)移動架8支撐高速攝像機(jī)4，高速攝像機(jī)4高度和位置可調(diào)，六個紅外線攝像頭3和一個高速攝像機(jī)4采集的受測山羊運(yùn)動圖像和數(shù)據(jù)傳輸給計算機(jī)6 ;為保證圖像與數(shù)據(jù)采集效果，牽引人應(yīng)位于運(yùn)動通道I內(nèi)側(cè)。觀測過程中如果遇到某處觀測效果不理想，可直接牽引山羊來到此處進(jìn)行補(bǔ)充試驗。
[0032]運(yùn)動模式向靜止模式切換:由于六自由度平臺2較高，四足動物9直接登臺困難，需要由運(yùn)動通道I進(jìn)行過渡。模式切換過程主要是六自由度平臺2的位置調(diào)節(jié)過程。模式切換過程中，山羊應(yīng)位于運(yùn)動通道I末端的最高平面處，六自由度平臺2應(yīng)盡量靠近山羊，待山羊被牽引至六自由度平臺2上后，移動六自由度平臺2至運(yùn)動通道I中心位置，以便為六自由度平臺2的狀態(tài)調(diào)節(jié)留有足夠空間。滾輪15為六自由度平臺2的移動提供方便，滾輪15具有自鎖功能，以滿足六自由度平臺2的位置固定，防止觀測效果受影響。模式切換過程如圖6所示。運(yùn)動模式主要用于獲取山羊平面、轉(zhuǎn)彎、坡度攀爬運(yùn)動過程中的步態(tài)、步幅、步長、步速、關(guān)節(jié)角等運(yùn)動參數(shù)，為山羊四肢運(yùn)動仿真奠定基礎(chǔ)。
[0033]靜止模式試驗:靜止模式試驗主要依靠計算機(jī)6控制六自由度平臺2實(shí)現(xiàn)。六自由度平臺2的上平臺11上方連接有載物臺10，載物臺10尺寸根據(jù)山羊體積選取。載物臺10上具有滑槽和連接孔，連接孔用于連接上平臺11和測試裝置如重力傳感器5，滑槽允許載物臺10上的測試裝置位置可調(diào)。本試驗中，測試裝置為重力傳感器5，其在載物臺10上呈矩形分布，試驗前已將重力傳感器5根據(jù)山羊四肢位置排布好并固定。靜止模式試驗過程包含平動(前后、左右、上下移動)、轉(zhuǎn)動(左右轉(zhuǎn)動)、傾斜(前后、左右傾斜)、隨機(jī)振動四個主要部分，相關(guān)參數(shù)由計算機(jī)6調(diào)節(jié)，具有連續(xù)性。靜止模式主要用于測試山羊四肢減振特性與應(yīng)激維穩(wěn)特性，可得到山羊應(yīng)激過程中的四肢受力分布數(shù)據(jù)與山羊體態(tài)變化圖像，為山羊維穩(wěn)減振機(jī)理分析奠定基礎(chǔ)。靜止模式的測試過程如圖7、圖8和圖9所示。
[0034]根據(jù)以上步驟進(jìn)行試驗，可以高效、快速的獲取山羊運(yùn)動相關(guān)數(shù)據(jù)與圖像，經(jīng)過數(shù)據(jù)與圖像處理，即可得到步態(tài)、步幅、步長、步速、關(guān)節(jié)角、受力分布等結(jié)果，本實(shí)用新型將運(yùn)動觀測與受力數(shù)據(jù)采集同復(fù)雜模式(運(yùn)動模式、靜止模式)相結(jié)合，能夠在較短時間周期內(nèi)獲取大量運(yùn)動信息，大大提高了觀測效率，并實(shí)現(xiàn)了四足動物運(yùn)動觀測系統(tǒng)化，解決了較大型四足動物運(yùn)動觀測困難的問題。
【權(quán)利要求】
1.一種四足動物運(yùn)動觀測系統(tǒng)，其特征在于:其包括有一個運(yùn)動通道(I);一個位于運(yùn)動通道(I)包圍空間中心位置的六自由度平臺(2);六個紅外線攝像頭(3)和六個攝像頭支架(7)個高速攝像機(jī)(4)和一個攝像機(jī)移動架(8);四個均布于六自由度平臺(2)載物臺(10)上的重力傳感器(5)個接收紅外線攝像頭(3)、高速攝像機(jī)(4)和重力傳感器(5)的輸出數(shù)據(jù)，并控制六自由度平臺(2)運(yùn)動的計算機(jī)(6)； 所述的運(yùn)動通道(I)包含有右轉(zhuǎn)彎段(16)、左轉(zhuǎn)彎段(17)、15°坡段(18)和25°坡段(19)，右轉(zhuǎn)彎段(16)與左轉(zhuǎn)彎段(17)之間、左轉(zhuǎn)彎段(17)與15。坡段(18)之間、15。坡段(18)與25。坡段(19)之間均由水平面連接；所述的六自由度平臺⑵是由載物臺(10)、上平臺(11)、鉸鏈(12)、電動缸(13)、下平臺(14)和滾輪(15)組成，六個電動缸(13)通過鉸鏈(12)鉸接在下平臺(14)與上平臺(11)之間，下平臺(14)的底面設(shè)置滾輪(15)，上平臺(11)上方連接有載物臺(10)，四個重力傳感器(5)均布于載物臺(10)上，四個重力傳感器(5)的位置可調(diào)，由計算機(jī)(6)控制六自由度平臺⑵運(yùn)動，四足動物(9)位于載物臺(10)上，隨六自由度平臺(2)運(yùn)動，四足動物(9)的四肢踩踏在四個重力傳感器(5)上，其四足受力數(shù)據(jù)實(shí)時傳入計算機(jī)￠)中；所述紅外線攝像頭(3)設(shè)置在攝像頭支架(7)上，六個紅外線攝像頭(3)布設(shè)在運(yùn)動通道(I)的周邊或運(yùn)動通道(I)上；所述的高速攝像機(jī)(4)設(shè)置在攝像機(jī)移動架(8)上，高速攝像機(jī)(4)位于運(yùn)動通道(I)周邊或運(yùn)動通道(I)上。
【文檔編號】A61B5/11GK203943674SQ201420369458
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月4日
【發(fā)明者】王驥月, 田為軍, 叢茜 申請人:吉林大學(xué)