一種四足動物運動觀測系統的制作方法
【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，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

【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機器人至今，機器人的發展經歷了多個階段，目前正處于具有高級生命形態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或某些機能的機器人系統，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(步態、步速、步幅、關節角、四足驅動規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，本實用新型設計了一種四足動物運動觀測系統，在山羊維穩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，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，本實用新型能實現四足動物運動觀測系統化，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據，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，其四足受力數據實時傳入計算機中；
[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，能夠先后實現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，能夠按需實現四足動物在平動(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，六自由度平臺在各種模式(平動、轉動、傾斜、隨機振動)下，參數變化具有連續性。例如，為測量四足動物維穩極限角，可連續變化六自由度平臺的傾斜角，觀察四足動物維持穩定的最大傾斜角。
[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，實現了四足動物運動觀測系統化，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的輸出數據，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，其四足受力數據實時傳入計算機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，具體位置根據實際需要確定。
[0028]所述計算機6的程序是現有程序。
[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據傳輸給計算機6 ;為保證圖像與數據采集效果，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的狀態調節留有足夠空間。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、步幅、步長、步速、關節角等運動參數，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。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，相關參數由計算機6調節，具有連續性。靜止模式主要用于測試山羊四肢減振特性與應激維穩特性，可得到山羊應激過程中的四肢受力分布數據與山羊體態變化圖像，為山羊維穩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]根據以上步驟進行試驗，可以高效、快速的獲取山羊運動相關數據與圖像，經過數據與圖像處理，即可得到步態、步幅、步長、步速、關節角、受力分布等結果，本實用新型將運動觀測與受力數據采集同復雜模式(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，并實現了四足動物運動觀測系統化，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，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)的輸出數據，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，其四足受力數據實時傳入計算機￠)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 優先權日:2014年7月4日
【發明者】王驥月, 田為軍, 叢茜 申請人:吉林大學