一種四足動物運動觀測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實實用新型公開了一種四足動物運動觀測系統(tǒng)，本實用新型包括有運動通道、六自由度平臺、紅外線攝像頭、高速攝像機、重力傳感器、計算機，運動通道和六自由度平臺配合使用，運動通道包含右轉彎段、左轉彎段、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。本實用新型使四足動物觀測過程系統(tǒng)化，提高了觀測結果的集成度，大大縮短了觀測周期，有效解決了四足動物運動觀測困難的問題。
【專利說明】
—種四足動物運動觀測系統(tǒng)

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及四足動物運動觀測和仿生機器人研究領域。特別涉及山羊維穩(wěn)減振特性觀測與研究?？捎糜谒淖銠C器人的運動測試。
技術背景
[0002]從1959年美國制造出世界第一臺工業(yè)機器人至今，機器人的發(fā)展經歷了多個階段，目前正處于具有高級生命形態(tài)特征的仿生機器人研究階段。仿生機器人是模仿自然界中生物的外部形態(tài)或某些機能的機器人系統(tǒng)，是將運動仿生、感知仿生、控制仿生、能量仿生、材料仿生等仿生技術完美綜合與全面應用的產物。其中，運動觀測是運動仿生技術的基礎與前提。
[0003]應用運動仿生技術進行四足仿生機器人研究，首先應獲取仿生原型的運動參數(shù)(步態(tài)、步速、步幅、關節(jié)角、四足驅動規(guī)律及受力分布情況等)，即對四足動物進行運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動參數(shù)，本實用新型設計了一種四足動物運動觀測系統(tǒng)，在山羊維穩(wěn)減振性能觀測和德國牧羊犬運動特性觀測方面效用上佳，能廣泛應用于牛、羊、馬、驢、鹿、犬等四足動物的運動觀測，為四足機器人的研究提供運動參數(shù)，也可用于四足機器人的運動測試，為四足機器人的運動性能改進提供方便。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的是提供一種四足動物運動觀測系統(tǒng)，本實用新型能實現(xiàn)四足動物運動觀測系統(tǒng)化，提高觀測集成度，縮短觀測周期，為獲取四足動物運動參數(shù)提供方便，為四足機器人研究奠定基礎。
[0006]本實用新型包括有一個運動通道；一個位于運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；一個高速攝像機和一個攝像機移動架；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、高速攝像機和重力傳感器的輸出數(shù)據(jù)，并控制六自由度平臺運動的計算機；
[0007]所述的運動通道包含有右轉彎段、左轉彎段、15°坡段和25°坡段，右轉彎段與左轉彎段之間、左轉彎段與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，由計算機控制六自由度平臺運動，四足動物位于載物臺上，隨六自由度平臺運動，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)實時傳入計算機中；
[0009]所述紅外線攝像頭設置在攝像頭支架上，六個紅外線攝像頭布設在運動通道的周邊或運動通道上，具體位置根據(jù)實際需要確定；所述的高速攝像機設置在攝像機移動架上，高速攝像機位于運動通道周邊或運動通道上，具體位置根據(jù)實際需要確定。
[0010]本實用新型的工作過程和原理:
[0011]本實用新型包括運動模式和靜止模式，四足動物運動模式在運動通道上實現(xiàn)，能夠先后實現(xiàn)四足動物的直線運動、左轉彎運動、右轉彎運動、15°坡運動、25°坡運動的觀測，五種運動方式可以單獨進行也可以按序依次進行，坡上運動包括上坡、下坡兩種情況；四足動物的靜止模式在六自由度平臺上實現(xiàn)，能夠按需實現(xiàn)四足動物在平動(前后、左右、上下移動)、轉動(左右轉動)、傾斜(前后、左右傾斜)、隨機振動時應激反應的觀測，由計算機調節(jié)，六自由度平臺在各種模式(平動、轉動、傾斜、隨機振動)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]本實用新型的有益效果:
[0013]本實用新型將運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合，能夠實現(xiàn)牛、羊、馬、驢、鹿、犬等較大型四足動物的運動觀測，大大提高了觀測效率，縮短了觀測周期，實現(xiàn)了四足動物運動觀測系統(tǒng)化，解決了較大型四足動物運動觀測困難的問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型的結構示意圖。
[0015]圖2為本實用新型的六自由度平臺立體示意圖。
[0016]圖3為本實用新型的運動通道立體示意圖。
[0017]圖4為本實用新型運動模式下四足動物右轉彎運動示意圖。
[0018]圖5為本實用新型運動模式下四足動物15°坡運動示意圖。
[0019]圖6為本實用新型運動模式向靜止模式切換示意圖。
[0020]圖7為本實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為本實用新型靜止模式下四足動物左轉狀態(tài)示意圖。
[0023]圖中:1-運動通道，2_六自由度平臺，3_紅外線攝像頭,4_聞速攝像機,5_重力傳感器，6-計算機，7-攝像頭支架，8_攝像機移動架，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-右轉彎段，17-左轉彎段，18-15 °坡段，19-25° 坡段。

【具體實施方式】
[0024]請參閱圖1、圖2和圖3所示,本實用新型包括有一個運動通道I ;一個位于運動通道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4和一個攝像機移動架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運動的計算機6;
[0025]如圖3所示，所述的運動通道I包含有右轉彎段16、左轉彎段17、15°坡段18和25。坡段19，右轉彎段16與左轉彎段17之間、左轉彎段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，由計算機6控制六自由度平臺2運動，四足動物9位于載物臺10上，隨六自由度平臺2運動，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)實時傳入計算機6中；
[0027]所述紅外線攝像頭3設置在攝像頭支架7上，六個紅外線攝像頭3位于運動通道I的周邊或運動通道I上，具體位置根據(jù)實際需要確定；所述的高速攝像機4設置在攝像機移動架8上，高速攝像機4位于運動通道I周邊或運動通道I上，具體位置根據(jù)實際需要確定。
[0028]所述計算機6的程序是現(xiàn)有程序。
[0029]本實施例的工作過程和原理:
[0030]本實施例包括運動模式和靜止模式，四足動物9以山羊為例；
[0031]運動模式試驗:牽引人牽引受測山羊由運動通道I起始點開始運動，依次經過右轉彎段16、左轉彎段17、15°坡段18、25°坡段19四個重點觀測部位，其間六個紅外線攝像頭3和一個高速攝像機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。攝像機移動架8支撐高速攝像機4，高速攝像機4高度和位置可調，六個紅外線攝像頭3和一個高速攝像機4采集的受測山羊運動圖像和數(shù)據(jù)傳輸給計算機6 ;為保證圖像與數(shù)據(jù)采集效果，牽引人應位于運動通道I內側。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行補充試驗。
[0032]運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，需要由運動通道I進行過渡。模式切換過程主要是六自由度平臺2的位置調節(jié)過程。模式切換過程中，山羊應位于運動通道I末端的最高平面處，六自由度平臺2應盡量靠近山羊，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至運動通道I中心位置，以便為六自由度平臺2的狀態(tài)調節(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。運動模式主要用于獲取山羊平面、轉彎、坡度攀爬運動過程中的步態(tài)、步幅、步長、步速、關節(jié)角等運動參數(shù)，為山羊四肢運動仿真奠定基礎。
[0033]靜止模式試驗:靜止模式試驗主要依靠計算機6控制六自由度平臺2實現(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。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)、轉動(左右轉動)、傾斜(前后、左右傾斜)、隨機振動四個主要部分，相關參數(shù)由計算機6調節(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激維穩(wěn)特性，可得到山羊應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)減振機理分析奠定基礎。靜止模式的測試過程如圖7、圖8和圖9所示。
[0034]根據(jù)以上步驟進行試驗，可以高效、快速的獲取山羊運動相關數(shù)據(jù)與圖像，經過數(shù)據(jù)與圖像處理，即可得到步態(tài)、步幅、步長、步速、關節(jié)角、受力分布等結果，本實用新型將運動觀測與受力數(shù)據(jù)采集同復雜模式(運動模式、靜止模式)相結合，能夠在較短時間周期內獲取大量運動信息，大大提高了觀測效率，并實現(xiàn)了四足動物運動觀測系統(tǒng)化，解決了較大型四足動物運動觀測困難的問題。
【權利要求】
1.一種四足動物運動觀測系統(tǒng)，其特征在于:其包括有一個運動通道(I);一個位于運動通道(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(4)和一個攝像機移動架(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(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)運動的計算機(6)； 所述的運動通道(I)包含有右轉彎段(16)、左轉彎段(17)、15°坡段(18)和25°坡段(19)，右轉彎段(16)與左轉彎段(17)之間、左轉彎段(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，由計算機(6)控制六自由度平臺⑵運動，四足動物(9)位于載物臺(10)上，隨六自由度平臺(2)運動，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)實時傳入計算機￠)中；所述紅外線攝像頭(3)設置在攝像頭支架(7)上，六個紅外線攝像頭(3)布設在運動通道(I)的周邊或運動通道(I)上；所述的高速攝像機(4)設置在攝像機移動架(8)上，高速攝像機(4)位于運動通道(I)周邊或運動通道(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