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1、.湘潭大学 毕业论文设计说明书题 目： 会追光的四足步行机器人的研究与设计 学 院： 信息工程学院 专 业： 学 号： 姓 名： 罗凤娇 指导教师： 完成日期： 2012年5月 . . . . . . . 目 录摘要IAbstractII引 言1第1章 会追光的四足步行机器人的原理41.1 四足步行机器人41.2 机器人设计原理51.2.1 步态规划51.2.2 任务规划5第2章 搭建会追光的四足步行机器人72.1器件简介72.1.1 CDS5500数字舵机72.1.2 MultiFLEX2-AVR控制器82.1.3 多功能调试器82.2 组装机器人92.2.1 零件清单92.2.2 搭建四足
2、92.2.3 搭建机器人躯干102.2.4 搭建机器人头部102.2.5 机器人总装112.2.6 机器人舵机连线112.2.7 本次毕业设计搭建的四足步行机器人12第3章 机器人的步态设计143.1 前进步态143.1.1 简单的步态设计143.1.2 改进的步态设计163.2 转向步态183.2.1 简单的左转步态183.2.2 改进的左转步态19第4章 机器人的程序设计214.1 舵机的设置214.1.1 舵机ID编号和模式设置214.1.2 舵机位置序列设置224.2 程序基本设置244.2.1 初始化设置编程244.2.2 程序逻辑设计284.3 等待延迟设计304.3 程序下载与运
3、行314.3.1 ATmega128下载途径314.3.2 ATmega8 下载途径314.3.3 串口通讯324.3.4 程序编译、下载32第5章 机器人的追光设计335.1 追光设计335.2 简单步态的追光设计335.2.1 左转355.2.2 右转375.2.3 前进395.3改进步态追光设计425.3.1 前进425.3.2 右转445.3.3 左转46总 结48致 谢49参考文献50附录I51 . . . .会追光的四足步行机器人的研究与设计摘要: 在工地、防灾救援等许多领域中，存在着人无法到达的地方和可能危及生命的特殊场合，对这些复杂环境不断探索和研究往往需要有机器人的介入。四足
4、步行机器人是机器人的一个重要分支，由于四足机器人比两足步行机器人承载能力强、稳定性好，同时又比六足、八足步行机器人结构简单，因而更加受到研究人员的重视。本设计利用创意之星模块化机器人套件搭建了一个四足步行机器人，设定了各个舵机的ID地址和状态，控制器将相应的步态给相应的舵机，舵机就产生追光运动。运用Northstar图形化开发软件编写了机器人运动程序，实验表明设计的四足步行机器人实现了追光的功能。关键词: 四足机器人, 承载能力强、稳定性好,运动, Northstar软件The Research And Design Of 4 Feet Walking RobotAbstract: In wo
5、rking site or many other areas of disaster relief,there are many places that human beings cannot reach or special occations that may endanger the lives of human beings .We often require robot intervention during continuous explorations and studies of in these complex environment.4 feet walking robot
6、 is an important branch of robot.Since 4 feet walking robot has great advantages over 2 feet robot in carrying capacity and stability,while having a more simple structure than 6,8 feet walking robots,many researchers attach great importance to 4feet walking robot. Star of modular robots using creati
7、ve suite built a robot, set the ID of each servo address and state, the controller output value of correspond states to the appropriate steering gear, steering gear to produce a corresponding movement to recover the light. Northstar graphical development software, the use of written procedures for r
8、obot motion, experimental results show that the design of limb ambulation robot to achieve the function of chasing the light.Key words : 4 feet walking robot, carrying capacity and stability, Sports . . . 引 言一、研究目的及意义足式移动机器人对行走路面的要求很低，它可以跨越障碍物，走过沙地、泽等特殊路面，用于工程探险勘测、反恐防爆、军事侦察等人类无法完成的或危险的工作。对这些环境进行不断的探
9、索和研究，寻求一条解决问 题的可行途径成为科学技术发展和人类社会进步的需要。不规则和不平坦的地形是这些环境的共同特点，使得轮式机器人和履带式机器人的应用受到限制。而多足步行机器人能够在复杂崎岖的路面上稳定行走。在这种背景下，足式机器人的研究蓬勃发展起来。二、足球机器人在国内外的成果移动机器人按移动方式大体分为两大类；一是由现代车辆技术延伸发展成轮式移动机器人（包括履带式）；二是基于仿生技术的运动仿生机器人。运动仿生机器人按移动方式分为足式移动、蠕动、蛇行、游动及扑翼飞行等形式,其中足式机器人是研究最多的一类运动仿生机器人。自然环境中有约 50的地形，轮式或履带式车辆到达不了，而这些地方如森林，
10、草地湿地，山林地等地域中拥有巨大的资源，要探测和利用且要尽可能少的破坏环境，足式机器人以其固有的移动优势成为野外探测工作的首选，另外，如海底和极地的科学考察和探索，足式机器人也具有明显的优势，因而足式机器人的研究得到世界各国的广泛重视。现研制成功的足式机器人有 1 足，2 足，4 足，6 足，8 足等系列，大于 8 足的研究很少。曾长期作为人类主要交通工具的马，牛，驴，骆驼等四足动物因其优越的野外行走能力和负载能力自然是人们研究足式机器人的重点仿生对象。因而四足机器人在足式机器人中占有很大的比例。长期从事足式机器人研究的日本东京工业大学的広濑茂男等学者认为：从稳定性和控制难易程度及制造成本等方
11、面综合考虑，四足机是最佳的足式机器人，四足机器人的研究深具社会意义和实用价值。四足机器人的研究可分为早期探索和现代自主机器人研究两个阶段。中国古代的“木牛流马”以及国外十九世纪由 Rygg 设计的“机械马”，是人类对足式行走行机器的早期探索。而 Muybridge 在1899年用连续摄影的方法研究动物的行走步态，则是人们研究足式机器人的开端。20 世纪 60 年代，机器人进入了以机械和液压控制实现运动的发展阶段。美国学者 Shigley（1960）和 Baldwin（1966）都使用凸轮连杆机构设计了机动的步行车。这一阶段的研究成果最具代表性的是美国的Mosher 于1968年设计的四足车“W
12、alking Truck”。 80年代，随着计算机技术和机器人控制技术的广泛研究和应用，真正进入了具有自主行为的现代足式机器人的广泛研究阶段。2、现代自主机器人的研究状况以微型计算机技术广泛应用为标志的现代四足机器人的研究和应用受到世界广泛的关注。现代四足机器人研究最系统和取得研究成果最多的是日本东京工业大学的広 濑茂男等领导的広癞福田机器人研究室（HIROSEFUKUSHIMA ROBTICS LAB），其它如美国的 MIT,卡耐基梅隆大学，加拿大，德国，法国，新加坡，韩国等国家均有四足机器人样机研制成功。国内也进行了四足机器人的基础研究和试验研究，如吉林工业大学，北京航空航天大学、上海交通
13、大学，哈尔滨工业大学，中国科技大学等单位。3、国外研制的典型样机和主要特征四足机器人研究的代表是日本东京工业大学的広濑福田机器人研究实验室。从80年开始至今已研制出3个系12款四足机器人。第一代四足移动机器人 KUMO-I 外形 似长腿蜘蛛，它是世界上第一个具有自主行走的现代足式机器人。随后研制成功 世界上第一个能上下爬行楼梯的四足机器人 PV-II。之后研制成功两款 NINJA 系列爬壁系列机器人和 8 款 TITAN 系列以野外探测和挖掘地雷为使用目标的机器人。其中最有代表性的是 TITAN 系列机器人 TITANVIII。该款机器人的软硬件齐全，功能比较完备，具有多种运动步态选择。另外，
14、日本电气通信大学的木村浩(Hiroshi Kimura)等研制成功很有特点的两个系列四足步行机器人 Patrush 系列和 Tekken 系列。二代 PatrushII（图7），用两个微处理机控制，采用瑞士 Maxon 直流伺服电机驱动，每个关节安装了一个光电码盘，每只脚安装了两个微开关。 最具有创新性的成果是采用基于神经振荡子模型 CPG(Central Pattern Generator)的控制策略。而 CPG 是足式机器人近10年来在控制方面取得的最具突破性成果。2000-2003 年研 制成功具有宠物狗外形的机器人 Tekken 系列的第四代，Tekken3 和 Tekken4 采用了新颖的机构设计和激光导航系统, 该系列继承了Patrush 系列的优点。第四代 Tekken-IV用一台PC机系统控制，瑞士 Maxon 直流伺服电机驱动，每个关节安装了一个光电码盘、 陀螺仪、倾 角计和触觉传感器。控制系统也采用基于神经振荡子模型的 CPG 控制器和反射机制构成的系统，其中基于CPG的控制器用于生成机体和四条腿的节律运动，而反射机制通过传感器信号的反馈，来改变CPG的周期和相位输出。Tekken4 能够实现不规则地面的自适应动态步行，显示了生物激励控制对未知的不规则地面有自适应能力的优点。Tek
