基于Arduino的双足机器人控制方法
双足仿生机器人行走机构设计
双足仿生机器人行走机构设计
双足仿生机器人行走机构设计一般包括以下几个关键部分：
1. 足底结构：足底结构是机器人与地面接触的部分，需要具备良好的稳定性和抓地力。
一般采用橡胶材料制作，设计有凹凸纹路或者类似动物脚掌的结构，以增加摩擦力和抓地力。
2. 关节设计：双足仿生机器人的每个腿部都需要多个关节来实现自由运动。
关节设计需要考虑到机器人的稳定性和灵活性，一般采用电机驱动的旋转关节或者液压/气动驱动的线性关节。
3. 动力系统：机器人行走需要动力系统提供能量。
一般采用电池或者电源供电，驱动关节的电机需要具备足够的扭矩和速度来实现机器人的行走。
4. 传感器：为了实现机器人的平衡和姿态控制，需要配备各种传感器。
例如，陀螺仪和加速度计可以用来检测机器人的倾斜角度，力传感器可以用来感知地面反作用力，视觉传感器可以用来感知周围环境。
5. 控制系统：双足仿生机器人的行走需要一个高效的控制系统。
控制系统可以根据传感器的反馈信息，实时调整关节的运动，以保持机器人的平衡和稳定。
总体来说，双足仿生机器人行走机构设计需要考虑到稳定性、灵活性、能量效率和控制系统的要求。
具体的设计方案需要根据机器人的应用场景和需求来确定。
双足机器人使用说明
以上资料如有疑问，请拨打公司客服电话：021-64850709-22
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（一）舵机控制卡工作方式： 当做为舵机控制卡使用时， AT89C2051 中的程序为 《舵机控制 （中断） 》 里面的 51arm20080623.c
当作为舵机控制卡使用的时候，控制卡最多可以同时控制八个舵机的运动，在 上电状态下（舵机控制器不和其他的控制部件进行通讯） ，8 个舵机控制端口分别输 出周期为 20ms,宽度为 1.5ms 的脉宽调制波。因此，按照舵机的控制原理，如果各 个控制端口上接有舵机， 则各个舵机输出角为 90 度。 如果控制卡此时没有外接控制 器，则舵机一直保持再 90 度状态。此时，控制卡需要接收从串口发来的控制信息， 控制信息中包括舵机要转动的角度以及其他的通讯协议。此时舵机控制卡就是一个 外接控制器控制信号与舵机动作之间的转换板。 （1） 端口定义 舵机控制卡上有八个舵机接口，分别定义为（Servo1～Servo8） ； 每个舵机输出口可以控制舵机转动（-90°～ +90°） ； 外接控制器上的串口（UART）直接和 AT89C2051 的串口相连，采用 9600 的波特率， 此接口可以和其他采用 TTL 电平的设备进行通讯。 （2） 通讯协议 a 接收数据： 每一帧控制指令：4 个字节 第一个字节：0xAF---- 数据帧起始字节； 第二个字节：0x00～0x08---- 舵机序号（Servo1～Servo8） ； 第三个字节：0x00～0xB4---- 旋转角度设定（-90°～ +90°） ； 第四个字节：0xFA----数据帧结束字节。 b 返回数据： 当正确接收一帧数据之后，伺服舵机控制器会返回一个字节数据做为接收确认信 息。 返回数据为：大写字母‘R’的 ASCII 码。 说明： 舵机控制板通过串口和外部控制器进行通讯， 外部控制器要让某个舵机转动
基于Arduino的下肢康复训练系统
2019·7（下）《科技传播》142作者简介：张皓洋，南京外国语学校。
基于Arduino的下肢康复训练系统张皓洋摘 要 本研究开发了一种基于模拟直立行走的下肢康复训练控制系统，该系统包括下肢康复训练机构设计、电机控制电路及控制软件等。
下肢康复训练系统采用3个步进电机为训练设备的下肢运动机构提供动力，选用Arduino 板为控制核心，使用WPF 设计上位机用户端，实现了下肢的同步训练和交替训练。
本实验结果表明，该控制系统具有良好的稳定性，满足了下肢康复训练的需求。
关键词 下肢康复；控制系统；Arduino ；WPF中图分类号 TP273 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2019）239-0142-03随着现在社会的不断发展进步和人们生活水平的提高，人口老龄化的问题日趋严峻，由脑卒死等导致的神经损伤引发下肢功能出现障碍，或由于车祸、工伤等下肢意外受伤的患者，其下肢康复是个漫长的过程。
而传统的康复治疗手段大多采用医生手工辅助完成，大大增加了康复过程的成本且效率低下，也会影响患者的身心健康。
目前市面上的下肢康复训练装置功能不全，大多只能模拟下肢的两个自由度运动[1]。
本次设计的下肢康复装置具有3个方向的自由度，更贴近于人体正常行走时的状态。
该系统克服了现有下肢康复训练设备的缺点，既可以实现双腿的张合训练，也实现了双腿各自张合和旋转运动的独立性[2]。
1 功能及性能指标本文研发的下肢康复训练系统主要功能如下：在训练时，患者将脚部放置在脚踏板上，本系统设置三个步进电机，两个对称放置的电机分别控制双腿的旋转，另外一个电机用于控制双腿的分合，实现三个自由度的运动训练。
根据使用者的训练要求，可在上位机界面上操纵装置的运动，满足了不同患者的运动习惯，同时也设置了不同的康复训练游戏模式，提高了患者的恢复速度。
具体实现功能如下：1）运动训练由三个电机提供动力，彼此之间实现独立驱动。
训练模式包括上下前后拟合成的旋转运动和左右直线的运动。
基于Arduino的智能机器人实践教学设计
基于Arduino的智能机器人实践教学设计1. 引言随着智能化时代的到来，人们越来越多地关注智能机器人的研发和应用。
在教育领域，利用智能机器人开展实践教学，可以提高学生的实践能力和创新能力，进而促进其对于智能化技术的理解和认识。
因此，基于Arduino的智能机器人实践教学设计成为了近年来教育领域中的热点问题。
本文将介绍基于Arduino的智能机器人实践教学设计，并重点讨论其在教育领域中的应用和未来发展方向。
2. Arduino智能机器人的概念和组成2.1 智能机器人的概念智能机器人是一种智能化的机器人，它可以自主的工作和学习，并且可以通过人机交互对外界环境做出响应。
智能机器人不仅需要有高精度、高性能的硬件设备，还需要具有灵活性和程序可编程性的软件系统。
2.2 Arduino智能机器人的组成Arduino智能机器人是一种基于Arduino单片机的智能化机器人，其主要硬件构成包括Arduino主板、电机、传感器、驱动模块等，软件系统包括基于Arduino编写的程序代码，可通过编程实现机器人的各种功能。
Arduino主板是Arduino智能机器人的核心，它基于ATmega328P单片机，拥有14个数字输入输出管脚和6个模拟输入输出管脚，可通过编程对机器人进行各种操作。
电机是机器人的动力来源，通过驱动模块转换电能为机械能，并能控制机器人的运动。
传感器是机器人的感官器官，可以通过采集周围环境的数据，向主板提供实时反馈，实现机器人的智能化功能。
总之，Arduino智能机器人是一种具有智能化特征的机器人，通过硬件设备和程序代码实现各种功能。
3. 基于Arduino的智能机器人在教学中的应用3.1 基础教学在基础教学阶段，可以通过Arduino智能机器人，让学生了解机器人的基本构成、电路原理、指令编程等，从而促进学生对于机器人技术的理解和认识。
在教学中可以让学生通过编写程序，实现车辆的前进、后退、左转、右转等动作，锻炼学生的编程能力和动手能力。
双足机器人步行原理
双足机器人步行原理
双足机器人步行原理基于仿生学和机器人控制理论，旨在模拟人类的步行运动。
它主要基于以下原理和控制策略：
1. 动态平衡控制：双足机器人在行走过程中需要保持动态平衡，这意味着机器人需要时刻根据自身的姿态、行走速度和地面情况来调整步态和控制力矩，以保持机体的稳定。
2. 步态规划：双足机器人的步态规划决定了每一步腿的运动轨迹和步频。
一般来说，机器人上半身的重心会向前倾斜，然后交替迈步。
步态规划需要考虑腿部的受力、身体姿态、地面摩擦力等多个因素。
3. 步态控制：基于步态规划，机器人需要实现对每一步的力矩控制和低级关节控制。
这意味着机器人需要根据颈部、腰部、髋部、膝关节和脚踝关节的传感器反馈信息来调整关节的输出力和控制策略。
4. 感知与反馈：双足机器人需要运用各种传感器来感知自身的状态和周围环境，例如倾斜传感器、压力传感器、陀螺仪等。
这些传感器的数据能够提供给控制系统供其根据需要调整步行姿势和控制力矩。
5. 动力学控制：双足机器人需要考虑自身的动力学特性，以及地面反作用力的影响。
动力学控制通过综合各种传感器信息和动力学模型来计算机器人每一步所需的力矩，以提供足够的力量来维持步行。
综上所述，双足机器人步行的原理涉及动态平衡控制、步态规划、步态控制、感知与反馈以及动力学控制等多个方面。
通过精确的控制策略和高度集成的感知系统，机器人能够模拟人类的步行运动，并具备稳定的步行能力。
双足机器人参数设计及步态控制算法
制算法的改进方向，为未来的研究提供参考。
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结论与展望
研究工作总结
01
参数设计优化
通过深入研究双足机器人的动力学特性和运动学要求，我们成功优化了
机器人的各项参数，包括惯性参数、连杆长度、关节角度范围等，从而
提升了机器人的稳定性和运动效率。
02
步态控制算法开发
我们开发了一种基于深度强化学习的步态控制算法，该算法能够根据不
VS
控制硬件
双足机器人的控制系统硬件需要具备足够 的计算能力和实时性能，以支持复杂的步 态控制算法和传感器数据处理。选择高性 能的处理器和专用的运动控制芯片，可以 确保机器人对行走指令的快速响应和精确 执行。
动力系统设计参数
要点一
能源供应
双足机器人的动力系统需要为其提供足够的能源供应，以 确保持续稳定的行走能力。选择合适的电池类型和容量， 以满足机器人的能量需求，并在必要时进行能源管理和优 化，以延长机器人的行走时间。
步态稳定性与优化
步态稳定性分析
通过建立机器人的稳定性判据，分析不同步态下的稳定性，为步 态控制算法提供理论指导。
最优控制
以能量消耗、行走速度等为目标函数，通过优化算法求解最优步态 控制策略，实现机器人的高效行走。
仿生学优化
借鉴生物行走的步态特征，对机器人的步态进行优化，提高机器人 在复杂环境中的行走性能。
意义
双足机器人具有人类类似的行走能力，能够在复杂地形中进行灵活移动，这对 于救援、探索等任务具有重要意义。同时，研究双足机器人也有助于我们更深 入地理解人类行走的机理。
双足机器人的应用领域
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救援领域
在灾难救援场景中，双足机器 人能够跨越障碍，进入危险区
双足竞步机器人设计与制作技术报告
双足竞步机器人设计与制作技术报告一、引言二、设计原理1.动力系统2.传感系统3.平衡控制系统平衡是双足机器人最基本的功能之一、平衡控制系统基于双足机器人的运动状态及传感器信息，通过反馈控制算法实现平衡控制，使机器人能够保持稳定的步态。
4.步态控制系统步态控制系统主要通过控制机器人的下肢运动，完成双足的协调步行。
常见的步态控制算法有离散控制、预先编程控制、模型预测控制等。
三、制作过程1.机械结构设计2.电子系统设计电子系统设计主要包括电路设计和控制系统设计。
电路设计需要根据机器人的运行需求进行电源和信号处理电路的设计。
控制系统设计需要根据机器人的传感信息和控制算法，选择合适的控制器和通信模块。
3.程序开发与调试程序开发是制作双足竞步机器人不可或缺的一步。
在程序开发过程中，需要针对平衡控制、步态控制和传感器数据处理等方面进行编程，并进行相应的调试与优化。
四、技术难点与解决方案1.平衡控制技术2.步态规划与控制技术步态控制是双足竞步机器人实现协调步行的关键。
根据机器人的设计和运行需求，选取合适的步态控制算法，并进行动态规划和控制，可以实现优化的步态控制。
3.动力系统设计与电路优化机器人的动力系统设计要考虑电机选择、电机驱动电路和电源供应等多个方面。
同时，还需要对电子电路进行优化，减小功耗和提高效率，以提高机器人的运行时间和性能。
五、总结双足竞步机器人的设计与制作技术包括机械结构设计、电子系统设计、程序开发与调试等多个环节。
通过充分考虑机器人的平衡控制和步态控制等关键技术，可以设计出性能优良的双足竞步机器人。
但是，在设计与制作过程中还需要不断尝试与改进，以逐步优化机器人的性能。
基于Arduino的机器人控制系统设计研究
基于Arduino的机器人控制系统设计研究随着科技的发展和创新，机器人技术逐渐走入我们的视野，逐步渗透到我们的日常生活和工业生产中。
并且，随着人工智能和物联网技术的不断推陈出新，机器人技术将会有更加广泛的应用。
在机器人系统中，控制系统是至关重要的，而基于Arduino的机器人控制系统也无疑是一个非常优秀的方案。
本文将从以下几个方面来探讨基于Arduino的机器人控制系统设计研究。
一、基于Arduino的控制系统介绍Arduino是一种强大的微控制器，可以通过编程和与外部电路的交互实现各种控制和测量功能。
它是一种开放源代码的软硬件平台，拥有广泛的应用和支持。
基于Arduino的机器人控制系统中，Arduino主板被用来控制各种机械和电子组件的操作，例如电机、传感器、执行器等等。
Arduino的拥有强大的程序编程和系统集成能力，与丰富的开源库以及广泛的学习资源，使得基于Arduino的机器人控制系统更加易于设计和开发。
二、机器人控制系统的组成机器人控制系统由多种组件构成，例如电机、传感器、执行器和控制器。
这些元件需要以某种方式交互并进行数据交流。
在机器人控制器的基础上，智能机器人控制系统集成了丰富的人工智能算法和物联网技术，实现了机器人系统更高级的操作和数据分析。
一般来说，机器人控制系统分为以下几个部分：1. 机械系统机械系统是机器人控制系统的重要组成部分，它包含了机器人的框架、电机、执行器等等。
这些元件可以根据控制器的指令来完成各种机器人动作。
机械系统的高精度和稳定性对于机器人的操作至关重要。
2. 传感器系统传感器系统用来感知机器人周围环境和机器人的内部状态。
传感器可以测量温度、光线、声音、距离等多种物理参数。
这些信息可以用来控制机器人行为，也可以交给用户分析。
3. 控制系统控制系统用来控制机器人的动作和状态。
它可以从外部传感器获取数据，并根据算法计算和决策机器人下一步的行动。
它也可以与其他系统交互，例如智能家居系统或者工业物联网系统。
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基于Arduino的双足机器人控制方法
摘要：本论文就如何实现机器人预定的功能展开讨论。
该双足竞步机器人系统
基于软件平台Arduino为软件开发环境；硬件由窄足机器人、stm32f103zet6单片机、arduino开发板、漫反射激光传感器、超声波测距模块、舵机模块等器件构成。
通过Arduino编写主逻辑程序控制32开发板产生PWM波，并通过漫反射激光传
感器和超声波测距模块采集数据，在程序中经过数据处理调整占空比来改变舵机
的运动状态，进而实现控制六个舵机的同时转动，从而达到智能控制机器人的效果。
为了提高双足竞步机器人的动作以及寻迹的准确性和可靠性，我们试验了多
套方案并进行升级，进行了大量的测试与调试，最终确定了现有的系统结构和各
项控制参数。
关键词：双足竞步；漫反射激光传感器；超声波测距；舵机；PWM 正文
随着人们对机器人技术智能化本质认识的加深，机器人技术开始源源不断地
向人类活动的各个领域渗透。
结合这些领域的应用特点，人们发展了各式各样的
具有感知、决策、行动和交互能力的机器人和各种智能机器。
机器人技术是一门
综合了传感和检测、控制理论、信息科学与技术、电子工程、机械工程、图像采
集与识别技术以及人工智能等前沿科技的新型学科，它融合了机械、电子、传感器、计算机硬件、软件、单片机、人工智能等许多学科的知识，涉及到当前许多
前沿领域的技术。
随着电子技术的飞速发展，智能机器人在越来越多的领域发挥
着人类无法代替的作用。
其中，双足机器人就是当今机器人研究领域最为前沿的
课题之一，双足机器人是一种高度非线性、强耦合的对象，反映了一个国家的智
能化和自动化研究水平，双足机器人研究已成为目前非常活跃的的一个研究领域。
为了推动我国机器人技术的发展，培养学生创新能力，在全国范围内相继出现了
一系列的机器人竞赛。
进行双足机器人的研究可以使学生把理论与实践紧密地结
合起来，提高学生的动手能力、创造能力、协作能力和综合能力，进而达到课堂
知识学以致用的目的。
双足机器人是一种非常典型的仿人机器人，国外早在上世纪60年代末就开
始了双足机器人的研究开发。
随着1968年美国首研发出一台操纵型双足机器人，就此揭开了双足机器人研究的序幕。
同时因为双足机器人在各个领域的应用日趋
广泛，各个国家在该领域相继投入巨资开展研究。
自20世纪90年代开始，双足
机器人的研究已从模仿人类腿部行走发展到全方位拟人阶段。
双足机器人在外形
上具有人类的特征，适合用于人类生活的环境，为人们提供方便，因此具有广阔
的市场前景。
双足机器人与其他多足机器人相比具有体积较小、重量轻、动作灵活、迅速，而且更接近人类步行的特点，因此它们对环境有最好的适应性，对步行环境要求
很低，能适应各种地面且具有较高的逾越障碍的能力，不仅能在平面行走，而且
能够方便地通过一些不规则路段，故它的移动“盲区”很小，具有广阔的工作空间；双足行走也是生物界难度最大的步行工作，双足机器人步行性能是其他步行结构
无法比拟的；除此之外，因双足机器人类人的特点，它可以在人类的生活和工作
环境中与人类协同工作，而不需要专门为其对环境进行大规模改造，所以双足机
器人在日常生活中更具有广泛的应用前景。
与此同时，通过研究双足机器人可以
促进仿生学及其它领域的相关研究与应用，也可以了解和掌握人类的步行特征，
并为人类服务，如人造假肢等。
特别是在为残疾人提供室内和户外行走工具、极
限环境下代替人工作业等方面更是具有不可替代的作用。
在机器人的研究过程中我们遇到了许多问题并找到了对应的解决方法：
1、机器人的稳定性不好。
机器人在调试期间走路过程中不稳，比较晃，有
时会摔倒。
经过一系列的测试，我们主要对其提出了两点原因分析。
其一是因为
把机器人的重心调得较高，导致重心不稳，平衡性不好，在行走中易晃。
其二是
因为步态设计的不合理。
机器人配有6个舵机，在动作上需要6个舵机同时配合，要做到很协调，还是很有难度的，需要经过许多次细微的调试，一旦某个舵机的
角度、速度发生改变，都会对整个机器人的行走造成影响，因此在我们尝试去提
高机器人速度时，经常性地会不稳定。
但我们在发现原因后，就迅速地仔细调试
每个动作，一点一点地找到最为合适的步态，有效解决了摇晃的问题。
2.机器人指令与实际测试动作不符。
因为调试场地本身的一些原因，以及机
器人脚底与场地之间摩擦力经常受到干扰，可能会使本应该是前进直行的动作变
成偏左或偏右等其它动作。
针对这个问题，我们经过多次调试，找出了一些偏转
规律，在程序中应用一些指令时不再局限于既定的规定，而是进行了一些替换。
比如多次调试发现本应该是前进偏右的动作在实际场地中却总是前进直行，那我
们就把动作指令调换了一些，在本应使用前进直行的地方改成使用前进偏左指令，使其能够更好地满足要求。
3.方案的制定不够仔细。
制定一个合理可行的方案至关重要，方案制订的不
够仔细，会带来大量冗杂的工作。
我们采用的是机器人激光循迹前进，在方案制
定好之后，我们开始购买硬件，但由于对自身的需求刚开始没有明确的和对各项
硬件了解不是很多，机器人本身自带的开发板不满足我们的需要，导致后期必须
更换硬件，我们又抓紧时间画板子，换硬件，可见前期对每个器件模块功能参数
的了解学习是必不可少的。
参考文献
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[5]梅晓榕，自动控制原理（第二版）.北京：科学出版社，2007.2
[6]梅晓榕，柏桂珍，张卯瑞，自动控制元件及线路（第四版）.北京：科学出版社，2008.。