基于单片机的双足机器人系统设计
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
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。
双足步行机器人控制电路设计与实现_图文(精)
图9
语音发音电路
2．5其它硬件电路
电源电路,直接是通过机器人上电池来供电
的,然后利用稳压芯片LM1117— 3．3和LM1117— 5产生3．3V和5V电源。
ATmega128与凌阳SPCE061A的通信是通过串口1连接来实现的。
ATmega128芯片的串口0的接收端和发送端,分别接红外遥控的接收头和发射头。直接可以和接在电脑上的红外遥控模块通信。从而实现AT-mega128与电脑的无线通信。
语音识别、与Atmega128芯片通信的功能。2主要控制硬件电路设计
整个步行机器人的具体硬件电路设计如下。
2．1行走控制电路
主要是通过控制两个舵机来实现机器人的行走。
舵机是一个位置伺服系统,只需要给舵机的控制接口一定的脉冲宽度,
就能使舵机转动到一定的位置。ATmega128芯片有多个PWM模块,通过配置定时器输出PWM信号,产生舵机所需的脉冲,从而控制舵机的转动[3]
红外避障程序、超声波程序。利用凌阳公司SPCE061A芯片强大的语音处理功能实现录音、发音及语音识别程序
。
图2
整体控制电路结构图
其中, ATmega128芯片主要实现机器人行走控制、红外传感器检测、超声波检测、按钮及显示灯控制、
与电脑无线通讯、与凌阳单片机进行通信的功能。凌阳单片机SPCE061A芯片主要实现机器人的发音、
第10卷第31期2010年11月1671— 1815(2010 31-7661-04
科学技术与工程
Science Technology and Engineering
Vol. 10No. 31Nov. 2010 2010Sci. Tech. Engng.
双足步行机器人控制电路设计与实现
用AVR单片机实现步行机器人的设计
较 高 级 的 舵 机 装 滚 珠 轴
承 ，使 得 输 出 轴 转 动 时 能 更 轻 快 精 确 。 以 价 格 和 力 矩 、 能 为主要考虑 因素 ， 性
一
个 双 足 步 行 机 器 人 模 型 ， 图 １所 示 。显 著 的结 构 特征 就 是 采 如
技 术 难 关 ， 定 步 行 和 高 速运 动 都 是 困 难 的 。双 足 步 行 机 器 人 系统 存 稳 接 驱 动 。 样 不 但 可 以 实 现 结 构 紧凑 、 动 精 度 高 以 及 大 大 增 加 关 节 这 传 在着高阶、 强耦 合 、 变量 及 非线 性 等 特 性 ， 些 特 性 使 得 双 足 步 行 机 多 这 所 能 达 到 的 最 大 角 度 ， 且 驱 动 全 为舵 机 ， 于集 中 控 制 和 程 序 化 控 而 便 器人 的 运 动 学 和 动力 学 的精 确 求 解 非 常 困 难 ， 且 也 没 有 十 分 理 想 的 而 制 。 设 计 模 仿 人 类 下 肢 ， 关 节 有 两 个 自 由度 ， 向 和侧 向各 一 个模 该 踝 前 理论 或 方 法 来 求 解 逆 运 动 学 和 动 力 学 解 析 解 ．只 有 外 加 一 些 限 制 条 拟 实 现 人体 踝 关节 的 功能 ； 膝关 节 只 有 一 个 前 向 自 由度 ： 关 节 处 要 模 髋 件， 如能量消耗 最小， 峰值力矩最小来求解 运动学和动力学的近似解 ， 拟 人 类 髋关 节 行 为 理 论上 要 求 有 三 个 正 交 的 自 由度 ， 在 机 器 人 直线 但 这往 往 导致 了 机器 人 的规 划 运 动 与 实 际运 动有 较 大 的 出 入 。 所 以 ， 迄 前进 时只需要 正交 的前向和侧 向 自由度 。 人类的行走行 为是靠肌 肉收 今 为 止 双 足 步 行 机 器 人 还 是 以 “ 步 行 ” 主 ， 点 是 步 速 较 低 、 幅 静 为 特 步 缩 并 进 而 驱 动各 个 关 节 协 调 运 动 来 实 现 的 ．而 机 器 人 行 走 靠 电 机 驱 较 小 ， 运 动 性 能 与 人 类 相 比还 相 距 甚 远 ， 离 真 正 意 义 上 的 拟 人 机 其 距 动。 器 人 还 有 相 当 的距 离 。 在 这 一 领 域 内 还 有 许 多 的 问 题 等 待 我们 去 解 １ 驱 动 方 式 的选 择 ． ２ 决。 驱 动 器 用 于驱 动 机 构 本 体 各 关 节 的 运 动 功 率 。目前 驱 动 方 式 主 要
小型舞蹈双足机器人的设计及实现
小型舞蹈双足机器人的设计及实现
导言
随着科技的不断发展，机器人已经成为我们生活中不可或缺的一部分。
在舞蹈领域，
机器人也开始发挥重要的作用，可以通过编程和控制实现各种舞蹈动作。
本文将设计和实
现一个小型舞蹈双足机器人，通过结合机械结构设计、电子控制系统和编程算法，实现机
器人的舞蹈动作。
一、机器人的设计
1. 机械结构设计
机器人的机械结构设计是实现舞蹈动作的基础。
我们设计一种双足机器人，可以在平
稳的地面上进行舞蹈动作。
机器人的双足结构采用轻量、坚固的材料制作，同时保证机器
人的平衡性和稳定性。
双足机器人的关节部分采用柔性材料设计，可以实现多种舞蹈动作。
双足机器人的步态设计要符合舞蹈的节奏和韵律，能够实现舞蹈动作的美感和流畅度。
2. 电子控制系统设计
机器人的电子控制系统是实现舞蹈动作的关键。
我们设计一种基于脉冲宽度调制（PWM）的双足机器人控制系统，可以实现机器人的步态控制和舞蹈动作的编程控制。
控制系统采
用微处理器作为核心控制单元，可以实现舞蹈动作的实时控制和优化调整。
控制系统还需
要包括传感器模块，能够实时监测机器人的姿态和环境信息，保证机器人的稳定性和安全性。
3. 编程算法设计
机器人的舞蹈动作是通过编程算法进行控制和实现的。
我们设计一种基于动作规划和
运动控制的编程算法，可以实现机器人舞蹈动作的优化和实时调整。
编程算法需要考虑机
器人的动力学特性和机械结构特点，能够有效控制机器人的步态和姿态，实现各种舞蹈动作。
基于单片机的足球机器人设计
基于单片机的足球机器人设计曹盛林（青岛工学院，山东 青岛 266300）摘 要：文章采用乐鑫公司NodeMCU 单片机作为主控制模块，采用3.7V 的18650锂电池供电，LM1117稳压芯片稳压，双N20减速电机作为动力轮（减速比1∶30），单万向轮，三轮配置，结合Android APP，配合电机驱动模块、HC-05蓝牙2.0无线收发模块、蜂鸣器模块、LED 灯等，完成对足球机器人的实时遥控。
当APP 和HC-05蓝牙模块建立了连接，APP 就能通过蓝牙发送指令传输给单片机，单片机接收到数据，对数据进行处理后执行相应的指令，从而遥控足球机器人进行足球对抗。
关键词：单片机；足球机器人；设计中图分类号：TM383.6 文献标志码：A 文章编号：1672-3872（2020）06-0123-01——————————————作者简介： 曹盛林（1998—），男，山东莱州人，本科，研究方向：单片机，控制系统。
1 足球机器人设计内容概述设计制作足球机器人小车的完整电路原理图和PCB，使足球机器人小车能完成基本的前进、后退、左转、右转、左旋、右旋和踢球操作；完成足球机器人的Android APP 遥控端的开发设计，使其能用蓝牙与足球机器人通信，使其完成基本动作。
2 硬件及软件设计足球机器人小车的硬件主要包含电源供电电路、蓝牙2.0无线数字接收电路、电机驱动电路、减速电机、蜂鸣器等。
考虑电机、足球机器人小车的尺寸不宜过大，最终选择了10cm*10cm 的PCB 板子作为足球机器人小车的车身，在碰撞时，能保证稳定运行，可以达到比赛的要求。
足球机器人小车机身采用了双层PCB 板结构，因为PCB 印刷电路板具有质量轻，彩灯，固定N20减速电机的，可以利[1]。
ESP8266-12模组的硬件，微处理器和微控制器对于电源供电的需求较低，单片机的功耗也非常低的，只需要有3.3V 的工作电压即可正常工作。
选用比较小型并且动力型的电池，并且考虑到环保，应选用可充电电池，经过筛选，最终决定选用一节18650-5000mAh 3.7V li-ion 充电电池作为供电电源，可减轻足球机器人小车的重量，稳压采用LM1117-3.3芯片[2]。
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。
基于单片机控制的机器人的设计
指向角 ，光轴 ， 波 长，辉度等性能指标。红 外接 收管可用上述光电二极管或三极管 。 红外元件所接收的信号 ， 根据 隋况的需
要 ，要进行模拟一 数字量 的转换 ，因此 需要
ＭＤ转换 的过程首先 向 Ｐ ｏ 和Ｐ ２ 端口 输
脉 冲启动 Ａ ／ Ｄ转换 ， 把 内部转换的数据送往
单片机 ，为 了提高 数据处 理速度 和控 制精 度 ，本次设计采用并 口技术 。
总路线 ， 当Ｅ Ｏ Ｃ由低变高时数据转换结换结
束。
制电路 ； 中层板是驱动及检测板 ，放置电机 驱动线路及红外检测线路 ；底层板是电源 与
电机板 ，放置两路 电源 ，两套电机及减速 系
算法设计要解决 的重要 问题。然而笔者查阅
存放灰度传感器
的数值 ，
ｕ ｃ ｈ ａ ｒ ｉ ｃ ｌ ａ ｔ ａ ２ ］ ； ， ・ 存放最原始灰度
不大，必且场地尺寸有限 ， 可选用小型直流
伺服 电机 ，可 用 电枢 电压作 为速度控 制信 号， 但 必须加装减速箱 以适应低转速和大扭 矩的应用环境 。 发 出红 外光 的足球 意 味着机 器人 必须
倒 ，用集成度较 高的 ８ ０ ５ １ 单片机为核 ｌ 心来设计电路，并应用 Ｃ语 言实现软件的编程。
关键词 ：单片机 ；８ ０ ５ １ ；Ｃ语 言；足球机 器人
１总体介绍 该足球机器人主要具有 以下功能 ： 无线 数字接收 、电动驱动 及调速 、 红外检测 、 障 碍、 智能协调控 制等。 采取 了双层 Ｐ Ｃ Ｂ板结 构，各部件通过屏障电缆连接 ， 金 属框架结
科 技创 新
双足自主寻迹行走机器人设计
PWN（脉冲宽度调制）小舵机，10 个总线舵机构成机器人的腿部，2 个小舵机构成腰部和头部。总线舵机之间
用硬铝金属 U 形件和多功能连接件，用防松螺丝套件连接。脚底由透明亚克力板构成，底部粘接带颗粒软橡
胶皮，提高机器人与地面之间的摩擦来防滑。本设计采用 STM32f103RCT6 单片机作为双足行走机器人的控
文献标识码：A
文章编号：1003-5168（2021）09-0069-03
Design of Biped Autonomous Tracking Walking Robot
ZHOU Shuxing1 WANG Xinghai1,2
（1. Guangzhou Polytechnic College，Guangzhou Guangdong 510540；2. School of Mechanical and Electrical Engineering, Guangzhou Polytechnic College，Guangzhou Guangdong 510540）
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双足自主寻迹行走机器人设计
第9期
能，绘制三维结构模型，然后进行结构分析、力学计算、 运动仿真和加工装配工艺优化，确保在程序控制下实现 其功能［1］。控制系统可以应用于机器人的行走步态规 划、行走速度控制和路径识别转向等，控制系统的先进 性程度与其功能的实现程度密切相关。控制系统是机 器人的核心部分，人们要确保其工作性能稳定，保证控 制精度可靠。
总 743 期第九期 2021 年 3 月
河南科技 Henan Science and Technology
工业技术
双足自主寻迹行走机器人设计
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基于单片机的双足机器人系统设计
【摘要】机器人通常采用舵机作为关节连接件，本文提出了一种基于stc单
片机的通用多关节机器人控制系统，以stc单片机和uart串行通信接口等部分构
成硬件系统，用C语言开发了机器人串口调试软件及综合控制软件，结合PID
算法控制双足机器人完成前后行走，翻跟头。
【关键词】STC单片机;串口通信;PID算法
1.系统整体设计
本设计的机器人系统由控制中心（MCU）模块、舵机驱动模块、电源管理
模块、UART串口模块、超声波传感器模块等构成，整个系统构成一个闭环控制
系统。硬件组成框图如图1所示。
图1 系统整体结构
2.系统硬件电路设计
2.1 主芯片选择
STC12C5410AD单片机是增强型8051单片机，单时钟/机器周期，工作电压
5.5V一3.5V，工作频率范围0～35MHz，512字节片内数据存储器，10K字节片
内Flash程序存储器，ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），可通过串口
直接下载程序，EEPROM功能，6个16位定时/计数器，PWM（4路）/PCA（可
编程计数器阵列，4路），8路10位A/D转换，SPI同步通信口。
2.2 舵机驱动模块
由于舵机的响应时间对机器人控制平衡很重要，为了实现其快速响应，将舵
机的工作电压提高到+6V。为了减小此时间常数，还可以通过改变舵机的安装位
置，加长力臂可以实现提高舵机的响应速度。舵机的输出转角大小与给定的PWM
信号值成线性关系，以PWM信号为系统输入信号，改变PWM的占空比，实现
舵机控制。
2.3 电源管理模块
电源管理芯片的好坏直接影响系统的稳定性。从整个系统的稳定可靠的角度
出发，选择了一款低压差芯片TPS7350，该芯片最具特色的优点是当输出电流为
100mA时，最大压差只有35mV，只需很少的外围器件就能满足应用要求。此外，
充分使用该芯片的复位功能，减少了芯片的使用量，提高了系统的稳定性。为了
减小系统运行过程中由于电机纹波对电源的干扰，特设计了大电容与大电感组成
的电容容量为1410uF的LC滤波电路，对引入电源管理芯片的电源进行滤波，
保证电源芯片的正常工作电压。
2.4 超声波传感器检测电路
超声波传感器电路主要是实现测距的功能。主要由超声波发射电路和接收电
路两部分组成。
超声波接收电路主要使用集成电路CX20106A，它是一款红外线检波接收的
专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。考虑到红外遥控常用的载波频率
38kHz与测距的超声波频率40kHz较为接近，可以利用它制作超声波接收电路。
实验证明用CX20106A接收超声波（无信号时输出高电平），具有很好的灵敏度
和较强的抗干扰能力，具体见图3。CX20106A的第5脚的电阻决定接收的中心
频率，220kΩ的电阻决定了接收的中心频率为40kHz。当CX20106A接收到40kHz
的信号时，会在第7脚产生一个低电平下降脉冲，这个信号可以接到单片机的外
部中断引脚作为中断信号输入。
3.控制系统设计
要实现机器人所完成各种动作需要用到多舵机分时控制原理。具体的，给每
个舵机定义一个角度所对应的脉宽变量，并赋予初始值为舵机的中间角度。还要
给定时器设定初值既是舵机PWM波脉宽初值。当每次定时器时间到产生溢出中
断，进入中断服务子程序后，首先把所有的舵机控制输出口拉低清零，再给某一
位置高，并给赋予PWM脉宽的定时时间。最后移位使下次进入中断时给下一位
置高，相当于是将时间片传递给了下一个舵机驱动。其原理如图2所示。
根据经验舵机在运行过程中要从电源吸纳较大的电流，若舵机与单片机控制
器共用一个电源，则舵机会对单片机产生较大的干扰。因此，舵机与单片机控制
器采用两个电源供电，两者不共地，通过光耦来隔离，并且给舵机供电的电源最
好采用输出功率较大的开关电源。该舵机控制器占用单片机的个SCI串口。串口
用于接收上位机传送过来的控制命令，以调节每一个通道输出信号的脉冲宽度。
MAX232为电平转换器，将上位机的RS232电平转换成TTL电平。
图2 舵机分时控制原理
4.系统软件编程与仿真
本系统需设计完成的软件包括：机器人串口调试上、下位机软件和机器人独
立运行软件;单片机下位机软件。
机器人的单片机运行程序是包含有舵机的控制、完成各种动作的脚本程序、
两个主动轮直流电机的驱动程序，还有一些基本的延时、初始化设置等程序。由
于程序包含的内容较多，为了方便程序的组织，将各个功能模块分别做成一个独
立的C程序，由主程序的头文件包含其他所有要用到的C程序的头文件，来调
用其他C文件中的一些功能函数。程序这样设计比较方便将各个功能进行移植。
通过在头文件中对各个端口物理地址的宏定义，在其C文件中实现了与物理地
址的分离。当物理地址发生变化时，只需修改头文件中的宏定义即可。
5.总结
整个硬件系统成本低廉，由于可以无线与电脑通信，具有良好的二次开发接
口。在此硬件基础上搭建的双足步行机器人，具有避障、测距、发音、语音识别、
并和电脑具有无线通信的功能，具有好的展示效果和学习效果。
参考文献
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[2]张培仁，等.十六位单片微处理器原理及应用（凌阳SPCE061A）.北京：
清华大学出版社，2005.
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制.机电工程，2005;22（6）：44—48.
[5]谢黎明，赵军，杨虹，等.红外线人体感应控制语音系统的研究.科学技术
与工程，2008;8（7）：1798—1801.