《六脚爬虫机器人机械结构设计和控制系统搭建》由会员分享，可在线阅读，更多相关《六脚爬虫机器人机械结构设计和控制系统搭建（64页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、摘要本文详细介绍了六脚爬虫机器人的机械结构以与控制程序的编写。机械结构采用了对称式设计，结构简单；其行走功能由六只脚、18个舵机实现，自由度较高，稳定性、灵活性较好。控制程序的主体是C语言。包括根本步态的编写，以与传感器的在机器人上的高级应用，这样，机器人在满足根本行走运动的同时，也能感知外界环境，并通过控制器对接收到的外界信号进展处理，并控制机器人运动。关键词：对称式结构，舵机控制器，步态，传感器AbstractThe thesis describes in detail that the mechanic design of Hexcrawlerand the piling of cont
2、rol program. The structure of the robot is in symmetric expression, a simple mechanism; the function of walking is supported by six legs, and eighteen motors, with multiple degrees of freedom. Besides, it is of high stability and flexibility. The program to control the robot is written in C language
3、, including basic gait, the advanced application of sensors. Thereby, the robot can walk in several gaits. At the same time, it can sense the condition around it. Then, it will process the data it received, and control the motion of the robot.Keywords: symmetric expression，PSCU,gait, sensor目录摘要IAbst
4、ractII目录III1 绪论- 1 -1.1课题来源- 1 -1.2本课题的目的与其意义- 1 -1.3国内外开展现状- 1 -1.4本课题的研究内容- 5 -2 机械结构设计介绍- 6 -2.1 功能需求与分析- 6 -2.2 材料选择与结构设计介绍- 6 -3 舵机控制板原理与应用- 9 -3.1舵机原理介绍- 9 -3.2舵机控制板原理介绍- 10 -3.3 如何使用舵机控制板- 12-3.4控制板程序编写- 14 -4 STM32开发板介绍与程序编写- 18 -4.1 STM32F107芯片简介- 18 -4.2 软件与编程初始准备- 18 -4.3GPIO与AFIO设置与应用- 1
5、8 -4.31 GPIO设置与应用.184.32AFIO-I/O口重映射.224.4 USART设置与应用- 22 -4.5外部中断设置与应用- 26 -4.6系统时钟设置与应用- 29 -4.61 系统时钟简介与应用.294.62定时器配置314.7机器人行走步态程序编写- 32 -4.71 机器人行走步态简介334.72三脚步态.354.73四脚步态.374.74 单脚波动步态.384.75 转弯与横爬步态.404.8多传感器应用与程序编写- 43 -4.81 指南针传感器.434.82 红外、光敏传感器.454.83 柔性力传感器.464.84 温湿度、发声、射频识别RFID传感器.48
6、4.85 无线Zigbee传感器.494.86 超声传感器525总结- 55 -致谢- 56 -参考文献- 57 -DOC1 绪论1.1课题来源本项目来源于华中科技大学与伍斯特理工学院合作的WPI项目。1.2本课题的目的与其意义机器人是高级整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物。现在，机器人已经开展到一个全新阶段，各种机器人应运而生，从简单地追求功能到神似，到个性化；从单单开展工业机器人到工业、家用机器人全面开花，并取得了长足进步。六脚机器人作为行走机器人的一种，具有结构简单，稳定性好等优点，而本课题也并未在很高深的机器人理论花大量功夫，而更多地着眼于为大专院校提供机器人教学平台，或
7、者用于科技馆展览。本课题所设计的机器人最大的特点是：理论通俗易懂、操作方便、便于二次开发。对于一些入门者初步掌握控制论、机械设计、机械电子只是来说，很容易便能被引领入机器人研究的殿堂。1.3国内外开展现状对于仿生机器人，尤其是多足机器人，国内外均有大量研究。1990年，美国卡内基梅隆大学研制出用于外星探测的六脚步行机器人AMBLER。该机器人采用了新型的“腿机构，并由一台32位的处理机来规划系统运动路线、制运动和监视系统的状态。但由于体积和质量太大，最终没被用于行星探测计划。1993年，卡内基梅隆大学开发出有缆的八足步行机器人DANTE，用于对南极的埃里伯斯火山进展了考察，其改良型也在实际中得
8、到了应用。1994年二代对距离安克雷奇145km的斯伯火山进展了考察，并传回了各种数据与图像。日本对多足步行机的研究从20世纪80年代开场，并不断进展着技术创新，随着计算机和控制技术的开展，其机械结构由复杂到简单，其功能由单一功能到组合功能，并已研究出各种类型的步行机。主要有四足步行机、爬壁机器人、腿轮别离型步行机器人和手脚统一型步行机器人。1994年，日本电气通信大学的木村浩等研制成功四足步行机器人Patrush二代。该机器人用两个微处理机控制，采用直流伺服电机驱动，每个关节安装了一个光电码盘，每只脚安装了两个微开关，采用基于神经振荡子模型CPG的控制策略，能够实现不规那么地面的自适应动态步
9、行，显示了生物鼓励控制对未知的不规那么地面有自适应能力的特点。20002003年，木村浩等又研制成功四足步行机器人Tekken。该机器人用一台PC机系统控制，用瑞士Maxon直流伺服电机驱动，能适应中等不规那么外表的自适应步行。我国对于多足机器人的研究起步那么较晚。1989年，航空航天大学在X启先教授的指导下，孙汉旭博士进展了四足步行机的研究，试制成功一台四足步行机。钱晋武博士研究地壁两用六脚步行机器人，并进展了步态和运动学方面的研究。1990年中国科学院#自动化研究所研制出全方位六脚步行机，不仅能在平地步行，还能上楼梯。1991年，#交通大学马培荪等研制出JTUWM系列四足步行机器人。200
10、0年，马培荪等对第一代形状记忆合金SMA驱动的微型六脚机器人进展改良，开发出具有全方位运动能力的微型双三足步行机器人其每条腿的自由度变为3个自由度。2003年#工程大学的孟庆鑫、袁鹏等进展了两栖仿生机器蟹的研究，通过研究多足步行机的单足周期运动规律，提出适合于两栖仿生机器蟹的单足运动路线规划方法，建立了生成周期运动的神经振荡子模型。目前市场上几款六脚机器人比照方下：一DEPUSH HexCrawlerHexCrawlerpanyDEPUSHMaterial5052 alloy aluminum, 1/16 thick with clear anodizingLeg Movement2 DOFD
11、imensionsBody: 49.68 x 40 cm, Height: between 12.3 and 15.2 cmCost$350+二Lynxmotion RB-Lyn-248RB-Lyn-248panyLynxmotionMaterial5052 alloy aluminum, 1/16 thick with black anodizingLeg Movement3 DOFDimensionsBody: 19.1 x 14.9 cm, Height: between 5.1 and 13.3 cm, Ground Clearance: up to 8.9 cmCost$261.35
12、+三HexCrawler HDATSHexCrawler HDATSpanyDEPUSHMaterial5052 alloy aluminum, 1/16 thick with clear anodizingLeg Movement3 DOFDimensionsBody: 52 x 49.7 cm, Height: between 12.3 and 15.2 cm, Ground clearance: 12.7 cmCost 10,000 (about $1,500)其中HexCrawler一代机器人使用的编程软件为Parallax公司提供的教育开展版芯片。图1.1为Phoenix公司提供的六
13、脚机器人，图1.2那么为Depush公司的六脚机器人一代外形，其每个脚仅有两个自由度。图1.1Phoenix Hexapod图1.2 DEPUSH HexCrawler 1.01.4本课题的研究内容六脚机器人根本结构的设计，首先使之能够实现三脚步态、四脚步态、波动步态等，以满足行走要求；然后，能够感知外界环境的变化，实现避障报警等功能；最后，实现对机器人的远距离控制。具体要求为：设计机器人机械结构，使其可以完成前进，后退，左转，右转，侧移，扭动身躯等简单动作；可以完成抬脚，简单舞蹈等动作；1、编写机器人各种根本动作的软件代码，使其能完成以上动作；2、机器人可以承受电脑无线控制，编写相应无线控制程序；3、机器人可感知外界环境，编写相应传感器处理程序；4、对所有程序进展综合处理，协调各程序之间的关系。2 六脚机器人机械结构设计介绍2.1 功能需求与分析作为六脚仿生机器人，在追求神似的同时，关键在于能否像爬虫一样完成各种行走动作。本课题对机械结构的要求不高，但需要满足下面几点：灵活度高、稳定性好、能够实现多足机器人的根本步态。针对这几点，同时按照德普士公司的要求，再参照目前市面上存在的六脚仿生机器人，最终拟定的机械结构设计方案为：在DEPUSH HexCrawl
