机器人设计与制作报告

中国矿业大学徐海学院

双足竞步机器人设计与制作技术报告

队名：班级：

成员：

题目：双足竞步机器人的设计与制作（交叉足）

任课教师：

2015 年1月

双足竞步机器人设计与制作任务书班级学号学生姓名任务下达日期：2014年11 月24 日

设计日期：2014年11月24日至2015年1 月8 日设计题目：双足竞步机器人设计与制作（交叉足）

设计主要内容和完成功能：

1、双足竞步机器人机械图设计；

2、双足竞步机器人结构件加工；

3、双足竞步机器人组装；

4、双足竞步机器人电气图设计；

5、双足竞步机器人控制板安装；

6、整机调试

7、完成6米的马拉松比赛。

教师签字：

摘要

文章介绍了一个六个自由度的小型双足机器人的设计加工、调试与最后实现。设计过程包括机械结构设计、电路设计与制作，机器人步态规划算法研究，利用Atmega8芯片实现了对六个舵机的分时控制，编写VC上位机软件,通过串口通信对双足竞步机器人进行调试，通过人体仿生学调试出机器人的步态规划。实现了双足竞步机器人稳定向前行走、立正、向前翻跟头、向后翻跟头。

关键词：机器人，串口通信，步态规划，舵机

目录

一、系统概述 (5)

1.1 机器人的简述 (5)

1.2 机器人的组成 (5)

1.2.1执行机构 (5)

1.2.2驱动装置 (5)

1.2.3检测装置 (5)

1.2.4控制系统 (5)

二、硬件设计 (6)

2.1硬件设计的整体分析 (6)

2.2舵机的介绍 (6)

三、软件设计 (7)

四、系统调试 (8)

4.1步态的规划 (8)

4.2软件调试 (8)

五、结束语 (8)

六、参考文献 (8)

七、附录 (9)

程序代码 (9)

一、系统概述

1.1 机器人的概述

机器人是作为现代高新技术的重要象征和发展结果，已经广泛应用于国民生产的各个领域，并正在给人类传统的生产模式带来革命性的变化，影响着人们生活的方方面面。

在研究和开发及不确定环境下作业的机器人的过程中，人们逐步认识到机器人技术的本质是感知、决策、行动和交互技术的结合。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、行动和交互能力的特种机器人和各种智能机器，如移动机器人、微机器人、水下机器人、医疗机器人、军用机器人、空中空间机器人、娱乐机器人等。

机器人技术是一门综合了传感与检测、运动控制、图形图像处理等技术的新型学科，它融合了机械、电子、传感器、计算机硬件、软件、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。

机器人能力的评价标准包括：智能，指感觉和感知，包括记忆、运算、比较、鉴别、判断、决策、学习和逻辑推理等；机能，指变通性、通用性或空间占有性等；物理能，指力、速度、连续运行能力、可靠性、联用性、寿命等。因此，可以说机器人是具有生物功能的三维空间坐标机器。

1.2机器人的组成

机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统等组成。

1.2.1执行机构

即机器人本体，其臂部一般采用空间开链连杆机构，其中的运动副（转动副或移动副）常称为关节，关节个数通常即为机器人的自由度数。根据关节配置型式和运动坐标形式的不同，机器人执行机构可分为直角坐标式、圆柱坐标式、极坐标式和关节坐标式等类型。出于拟人化的考虑，常将机器人本体的有关部位分别称为基座、腰部、臂部、腕部、手部（夹持器或末端执行器）和行走部（对于移动机器人）等。

1.2.2驱动装置

其按其动力源的形式，分为电动、气压驱动、液压驱动或其组合形式的驱动，其运动过程可由行程、转矩或轴向推力的大小来控制。具体的实现形式，可以是轮式，履带式或者是关节式。

1.2.3检测装置

其作用是实时检测机器人的运动及工作情况，根据需要反馈给控制系统，与设定信息进行比较后，对执行机构进行调整，以保证机器人的动作符合预定的要求。作为检测装置的传感器大致可以分为两类：一类是内部信息传感器，用于检测机器人各部分的内部状况，如各关节的位置、速度、加速度等，并将所测得的信息作为反馈信号送至控制器，形成闭环控制。另一类是外部信息传感器，用于获取有关机器人的作业对象及外界环境等方面的信息，以使机器人的动作能适应外界情况的变化，使之达到更高层次的自动化，甚至使机器人具有某种“感觉”，向智能化发展，例如视觉、声觉等外部传感器给出工作对象、工作环境的有关信息，利用这些信息构成一个大的反馈回路，从而将大大提高机器人的工作精度。

1.2.4控制系统

其一般有两种方式。一种是集中式控制，即机器人的全部控制由一台微型计算机完成。另一种是分散（级）式控制，即采用多台微机来分担机器人的控制，如当采用上、下两级微机共同完成机器人的控制时，主机常用于负责系统的管理、通讯、运动学和动力学计算，并向下级微机发送指令信息；作为下级从机，各关节分别对应一个CPU，进行插补运算和伺服控制处理，实现给定的运动，并向主机反馈信息。根据作业任务要求的不同，机器人的控制方式又可分为点位控制、连续轨迹控制和力（力矩）控制。

二、硬件设计

2.1硬件设计的整体分析

使机器人能够平稳的行走，首先要设计好机械机构。我们选用六个舵机作为机器人的六个关节，因为舵机理论旋转角度是180度，所以我们把六个舵机竖直放置，已达到步行和前翻后翻的效果，在选材方面，我们主要用铝板作为主要的框架结构，也用了一些塑料板作为机器人的手和脚，以保证机器人行走时的稳定。

2.2舵机的介绍

舵机是一种最早应用在航模运动中的动力装置，是一种微型伺服马达，它的控制信号是一个宽度可调的方波脉冲信号，所以很方便和模拟系统进行接口。只要能产生标准的控制信号的模拟设备都可以用来控制舵机，比如PLC、单片机和DSP等。而且舵机体积紧凑、便于安装、输出力矩大、稳定性好、控制简单。

舵机主要是由外壳、电路板、无核心马达、齿轮与位置检测器所构成。其工作原理是由接收机发出讯号给舵机，经由电路板上的 IC判断转动方向，再驱动无核心马达开始转动，透过减速齿轮将动力传至摆臂，同时由位置检测器送回讯号，判断是否已经到达定位。位置检测器其实就是可变电阻，当舵机转动时电阻值也会随之改变，藉由检测电阻值便可知转动的角度。一般的伺服马达是将细铜线缠绕在三极转子上，当电流流经线圈时便会产生磁场，与转子外围的磁铁产生排斥作用，进