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1、自由体操机器人第二十一届“冯如杯”学生课外学术科技作品竞赛项目论文自由体操机器人院（系）名称 自动化科学与电气工程学院 学 号_38030303 _学生姓名 张熠乐 指导教师 董卓宁 2011 年 4 月 2 日摘要：机器人硬件加工制作的前提是三维软件 Solidworks 的动作模拟，用铝制件连接伺服电机，降低机器人的重量，因此完成期望动作的可行性和稳定性较高。在脉宽调制（PWM）控制伺服电机的方法基础上， ATmega16 单片机通过定时器设定脉冲宽度，达到对伺服电机的角度控制。上位机软件是由 Visual Basic 语言编写的，通过调用串口控件 Mscomm 进行串口通讯，该软件可以独
2、立控制 24 路伺服电机，因此电机最多数目为 24 个，该机器人运用 10 个伺服电机，力图用最少电机数达到预期的功能，提高可靠性。在下位机程序里，定义了与伺服电机角度值相对应的数组，因此上位机可以方便的向下位机传送相应的角度控制命令。程序运行是脱离 PC 机，由 MCU 单独控制。通过对程序的调试从而完成对机器人动作的设计，最终，机器人按照预先编排的程序实现相应的动作。该机器人可完成一系列自由体操动作，如倒立、劈叉、侧翻等较高难度动作，稳定性较高，该设计方法具有一般适用性，可以适应于同类机器人的设计工作，因此该设计方案具有较高的推广应用价值。关键词：伺服电机，单片机，下位机，PWMAbstr
3、act: The premise of robot hardware manufacture is the three-dimensional simulation software Solidworks which can simulate the action. We use aluminum parts to connect the servo motor and reduce the weight of the robot, so expect to complete the feasibility and stability of the higher action. On the
4、basis of pulse-width modulation (PWM) control the servo motor, ATmega16 microcontroller timer set the pulse width, in order to control the angle of the servo motor control. The host computer software is written in Visual Basic language, using the Mscomm for serial communication, the software can be
5、independently controlled 24-way servo motor, so the maximum number of motor is 24. The robot uses 10 servo motors, trying to use the least number to achieve the expected function and improve reliability of the action. In the lower device program, defining the array which corresponding to the angle o
6、f the servo motor, so the host computer can easily send the control command. Run is from the PC, individually controlled by the MCU. Through the commissioning process in order to complete the design of the robot movement, and ultimately, the robot pre-programmed in accordance with procedures to achi
7、eve the appropriate action. The robot can complete a series of floor exercises, such as the inverted, the splits, roll and other higher level action, high stability, the design of general applicability, the robot can adapt to the design of similar, so the design Program has a high application value.
8、Key words: Servo motor, microcontroller, lower computer, PWM目录引言 .1第一章 自由体操机器人设计与原理 .11.1 硬件的前期设计 .11.2 动作的调试 .11.3 程序的下载及运行 .2第二章 系统硬件设计 .22.1 机械部分设计 .22.2 电控部分设计 .32.2.1 控制系统设计 .32.2.2 USART 通讯接口设计 .32.2.3 电源设计 .32.2.4 伺服电机工作设计 .4第三章 系统软件设计 .43.1 上位机软件设计 .43.2 下位机软件设计 .5结论 .5参考文献 .6图清单图序号 图名称 页码图
9、1 系统工作流程 1图 2 程序调试流 2图 3 机械结构模拟连接图 2图 4 USART 通讯结构电路 3图 5 伺服电机内部结构图 4图 6 24 路电机控制软件 5表清单表序号 表名称 页码表 1 伺服电机参数表 4表 2 PWM 信号与旋转角度协议表 4北京航空航天大学第二十一届“冯如杯”学生参赛作品1引言第一章 自由体操机器人设计与原理设计工作的基础，主要是系统工作流程设计，需要总体把握设计的各方面，规划设计步骤。自由体操机器人的设计思路如图 1 所示，主要分为三大主体部分：硬件的前期设计、动作的调试和程序的下载及运行。1.1 硬件的前期设计主要是根据需要完成的动作，设计出有足够自由度的结构。同时也应确保电控部分的可行性。机器人可以完成动作的多少，最基本的是由硬件结构决定，其次才是程序。该机器人需要完成自由体操的倒立、劈叉、侧翻等动作，结合人完成这些动作所需要的关节数，并将运动程度不大的关节去除，以尽量减少关节数，增强机器
