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1、目录插表清单III插图清单IV第一章 绪论11.1 机器人的发展历史11.2 机器人的定义和基本组成21.2.1机器人的定义21.2.2机器人的基本组成：21.3 移动机器人概述31.4 移动机器人分类41.5 多足机器人的发展现状51.6 本设计的主要工作71.7 本章小结7第二章 六足仿生机器人的结构分析及设计82.1“六足纲”昆虫的运动原理82.1.1步态的参数描述82.1.2三角步态运动原理92.2六足仿生机器人机械结构分析102.3 本章小结11第三章 六足仿生机器人的步态分析和设计113.1六足步行机器人坐标定义123.2六足机器人的稳定性分析143.3.1 稳定性分析143.3.
2、2稳定裕量计算143.4六足仿生机器人的直线运动步态设计163.4.1步态规划163.4.2步态动作分析163. 5“三角步态”定点转弯步态设计193.6本章小结21第四章 六足仿生机器人的控制系统设计224.1功能分解224.2控制系统的硬件设计234.2.1微处理器AT89S52简介234.2.2 舵机模块设计244.2.3 避障模块设计254.3 控制系统软件设计274.3.1单个舵机控制方法284.3.2多舵机控制324.3.3六足仿生机器人全方位步态程序设计374.4 软件的抗干扰及可靠性设计404.5 本章小结41第五章 软硬件联调425.1 Keil C51开发系统基本知识425
3、.2 Proteus 仿真软件基本知识425.2.1 Proteus介绍425.2.2 Proteus的仿真435.2.3 Proteus PCB435.3调试结果435.2 相关数值测试445.3本章小结45第六章 结束语466.1 论文总结466.2 论文写作的感想466.3本章小结46参考文献47致谢辞48插表清单表 1-1机器人Fred Delcomyn的参数.6表 2-1 本设计机器人相关参数.9表 4-1 I/O引脚分配表.23表 4-2 时基脉冲与舵机角度对应表.24表 4-2 探测障碍物的传感器与单片机引脚对应关系表.25表 4-3舵机与六足机器人足对应关系表.36表 4-4
4、舵机与单片机端口的对应关系表.36表 5-1 关系数值表.44插图清单图 1-1Fred Delcomyn六足仿生机器人.6图 1-2Gengh机器人.6图 1-3 DRROB系列高级机器人.7图 2-1 本设计的六足仿生机器人.10图 2-2机器人腿部实物.10图 3-1腿部组图简图.11图 3-2 机器人腿部坐标示意图.12图 3-3 腿部简图.12图 3-4步行机器人任一时刻姿态图.13图 3-5三角步态稳定图.14图 3-6 六足步态示意图.15图 3-7（A、B、C、D）定点转弯步态示意图.16图 4-1 基本功能框图.21图 4-2 PDIP封装图.23图 4-3微动开关示意图.
5、25图 4-4 微动开关安装位置图. 25图 4-5 硬件设计仿真图.26图 4-6 系统软件的总体流程.27图 4-7 舵盘的位置线性变化图.28图 4-8 舵机的控制脉冲图.28图 4-9 控制脉冲程序流程图.29图 4-10 8路信号舵机控制脉冲图.31图 4-11 12个舵机控制流程图.33图 4-12 舵机位置示意图.36图 4-13 直行程序流程图.37图 4-14 转弯程序流程图.38图 4-15 避障程序流程图.39图 5-1 硬件仿真结果图.44II第一章 绪论机器人的应用越来越广泛，几乎渗透到人们生活的各个领域。机器人技术在八十年代后期已经形成比较完整的体系。它将机构学、电
6、子技术、控制理论、计算机技术、传感器技术和人工智能等相关学科融合为一体，不断吸收其他学科诸如材料、能源科学的最新成果，形成了一门独立的高科技学科机器人学。机器人学是一种高度综合和交叉的新兴学科，涉及的领域很多，诸如机械、电气、工艺、力学、传动、控制、通信、决策、生物、伦理等诸多方面，是当代研究十分活跃、应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志1。1.1 机器人的发展历史早在三千多年前的西周时代，我国就出现了能歌善舞的木偶，称为“倡者”，这可能是世界上最早的“机器人”。在近代，随着第一次、第二次工业革命，各种机械装置的发明与应用，世界各地出现了许多“机器人”玩具和工
7、艺品。这些装置大多由时钟机构驱动，用凸轮和杠杆传递运动。1920年，捷克作家K.凯比克在一科幻剧本中首次提出了ROBOT（汉语前译为“劳伯”）这个名词。现在已被人们作为机器人的专用名词2。1950年美国作家阿西莫夫提出了机器人学（Robotics）这一概念，并提出了所谓的“机器人三原则”，即： 1.机器人不可伤人；2.机器人必须服从人给与，但不和（1）矛盾的指令；3.在与（1）、（2）原则不相矛盾的前提下，机器人可维护自身不受伤害。本世纪50、60年代，随着机构理论和伺服理论的发展，机器人进入了使用化阶段。1954年美国的G.C.Devol发表了“通用机器人”专利；1960年美国AMF公司生产
8、了柱坐标型Versatran机器人，可作点位和轨迹控制，这是世界上第一种用于工业生产上的机器人。70年代，随着计算机技术、现代控制技术、传感技术、人工智能技术的发展，机器人得到了迅速发展。1974年Cincinnati Milacron公司开发成功多关节机器人；1979年，Unimation公司又推出了PUMA机器人，它是一种多关节、全电动驱动、多CPU二级控制；采用VAL专用语言；可配视觉、触觉、力觉传感器，在当时是一种技术先进的工业机器人。现在的工业机器人结构大体上是以此为基础的。这一时期的机器人属于“示教再现”（Teach-in / Playback）型机器人。只具有记忆、存储能力，按相
9、应程序重复作业，但对周围环境基本没有感知与反馈控制能力。这种机器人被称作第一代机器人。进入80年代，随着传感技术，包括视觉传感器、非视觉传感器（力觉、触觉、接近觉等）以及信息处理技术的发展，出现了第二代机器人有感觉的机器人。它能够获得作业环境和作业对象的部分有关信息，进行一定的实时处理，引导机器人进行作业。第二代机器人已进入了使用化，在工业生产中得到广泛应用。第三代机器人是目前正在研究的“智能机器人”。它不仅具有比第二代机器人更加完善的环境感知能力，而且还具有逻辑思维、判断和决策能力，可根据作业要求与环境信息自主地进行工作。1.2 机器人的定义和基本组成1.2.1机器人的定义由于研究的侧重点不
10、同，对于机器人的定义，国际上目前尚未有明确的统一标准。通常情况下，可将机器人理解为：机器人是一种在计算机控制下的可编程的自动机器，根据所处的环境和作业需要，它具有至少一项或多项拟人功能，另外还可能程度不同地具有某些环境感知能力（如视觉、力觉、触觉、接近觉等），以及语言功能乃至逻辑思维、判断决策功能等，从而使它能在要求的环境中代替人进行作业。1.2.2机器人的基本组成：1. 机械本体机器人的机械本体机构基本上分为两大类：一类是操作本体机构，它类似人的手臂和手腕，配上各种手爪与末端操作器后可进行各种抓取动作和操作作业，工业机器人主要采用这种结构。另一类为移动型本体结构，主要目的是实现移动功能，主要有轮式、履带式、足腿式结构以及蛇行、蠕动、变形运动等机构。壁面爬行、水下推动等机构也可归于这一类。 2. 驱动伺服单元机器人本体机械结
