華北五省機(jī)器人大賽_六足蜘蛛機(jī)器人項(xiàng)目申報(bào)書_2(1)

1、.2014中北大學(xué)華北五省(市、自治區(qū)）機(jī)器人大賽項(xiàng)目申報(bào)書項(xiàng)目名稱 六足蜘蛛機(jī)器人 項(xiàng)目負(fù)責(zé)人 葉波 所屬單位 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院 指導(dǎo)教師 參賽類型 機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì) 起止時(shí)間 2014·52014·10 中北大學(xué)教務(wù)處申報(bào)人基本情況姓 名葉波性別男出生年月1994·12·23學(xué) 院機(jī)械與動(dòng)力工程班級(jí)12020142聯(lián)系電報(bào)項(xiàng)目類別機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)項(xiàng)目組成員姓名學(xué)院班級(jí)聯(lián)系方式 丁劍秋機(jī)電工程學(xué)院1201074218335163563王飛虎機(jī)電工程學(xué)院120104431523532445程少東機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院120101431

2、8335160250張金時(shí)計(jì)算機(jī)與控制工程學(xué)院1307054118435133360指導(dǎo)教師（根據(jù)項(xiàng)目要求填）基本情況姓名最高學(xué)歷/學(xué)位職稱所在單位聯(lián)系方式Email近5年（20102014年）承擔(dān)科研項(xiàng)目、及成果序號(hào)項(xiàng)目名稱/來源/起止時(shí)間/排名經(jīng)費(fèi)(萬元)項(xiàng)目名稱六足蜘蛛機(jī)器人申報(bào)經(jīng)費(fèi)(元)1940是否有依托項(xiàng)目無依托項(xiàng)目名稱項(xiàng)目背景 面對(duì)地形不規(guī)則和崎嶇不平的路況，輪式機(jī)器人和履帶式機(jī)器人的應(yīng)用受到了許多限制。以往的的研究表明輪式移動(dòng)方式在平坦的地形上行駛時(shí)，具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)運(yùn)動(dòng)速度迅速、平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)和控制也較簡(jiǎn)單。但在不平地面上行駛時(shí)，能耗將大大增加，而在松軟的地面或嚴(yán)重崎嶇不平的地勢(shì)上，

3、車輪的作用也將嚴(yán)重喪失移動(dòng)的效率。為了改善輪子對(duì)松軟地面和不平地面的適應(yīng)能力，履帶式移動(dòng)方式應(yīng)用而生但履帶式機(jī)器人在不平的地面上的機(jī)動(dòng)性仍然很差，行駛時(shí)機(jī)身晃動(dòng)嚴(yán)重。與輪式、履帶式移動(dòng)機(jī)器人相比，在崎嶇不平的路面步行機(jī)器人具有獨(dú)特優(yōu)越性能在這種背景下多足步行機(jī)器人的研究蓬勃發(fā)展起來。而仿生步行機(jī)器人的出現(xiàn)更加顯示出步行機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)。多足步行機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡是一系列離散的足印運(yùn)動(dòng)時(shí)只需要離散的點(diǎn)接觸地面對(duì)環(huán)境的破壞程度也較小，可以在到達(dá)的地面上選擇最優(yōu)的支撐點(diǎn)對(duì)崎嶇地形的適應(yīng)性強(qiáng)。正因?yàn)槿绱硕嘧悴叫袡C(jī)器人對(duì)環(huán)境的破壞程度也小。輪適和履帶式機(jī)器人則是一條條連續(xù)的撤跡。崎嶇地形中往往含有巖石、泥土、

4、沙子甚至峭壁和陡坡等障礙物可以穩(wěn)定支撐機(jī)器人的連續(xù)路徑十分有限，這意味著輪式和履帶式的機(jī)器人在這種地形已經(jīng)不適用。多足機(jī)器人的腿部具有多個(gè)自由度使運(yùn)動(dòng)的靈活性大大增加。它可以通過調(diào)節(jié)腿的長(zhǎng)度保持身體水平也可以通過調(diào)節(jié)腿的伸長(zhǎng)程度調(diào)整重心的位子因此不易翻倒穩(wěn)定性更高。當(dāng)然多足步行機(jī)器人也存在一些不足之處。比如為使腿部協(xié)調(diào)穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)從機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到控制系統(tǒng)的算法都比較復(fù)雜相比自然節(jié)的節(jié)肢動(dòng)物仿生多足步行機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性還有很大的差距內(nèi)容描述本課題對(duì)仿生式六足機(jī)器人的研究設(shè)計(jì)主要包括機(jī)器人的構(gòu)型，步態(tài)原理以及規(guī)劃直線行走和定點(diǎn)轉(zhuǎn)彎步態(tài)。在理想架構(gòu)設(shè)計(jì)中，我們借鑒了自然界昆蟲的身體結(jié)構(gòu)，使得機(jī)器人的腿部結(jié)

5、構(gòu)盡量簡(jiǎn)化，這樣可以避免不必要的關(guān)節(jié)和傳動(dòng)裝置，減少控制的復(fù)雜性，同時(shí)用料節(jié)省并且設(shè)計(jì)美觀。對(duì)于不同的路況設(shè)計(jì)了不同的步態(tài)方式，使得機(jī)器人可以在更好的滿足運(yùn)動(dòng)任務(wù)的同時(shí)可以更多的降低能耗，從而延長(zhǎng)其工作時(shí)間。為了使機(jī)器人能夠完成更多方便的工作，在機(jī)器人前部增加一個(gè)微型攝像頭，在不影響其正常功能的前提下，使其能夠完成追蹤和拍攝細(xì)微場(chǎng)景的工作任務(wù)。此外我們會(huì)在機(jī)器人中安裝距離傳感器，這可用于機(jī)器人的導(dǎo)航和越障，也可達(dá)到進(jìn)行定位的效果。實(shí)現(xiàn)原理 作品主要是采用了Cypress公司的CY8C3866AXI-040芯片為控制核心，制作了一系列的對(duì)六足機(jī)器人的控制方式。其中機(jī)器人主體應(yīng)用了該芯 片多達(dá)19

6、路的PWM輸出對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行合理控制并完成相應(yīng)動(dòng)作，機(jī)器人控制終端部分我們采用了該芯片的電容觸摸感應(yīng)模塊、ADC采 集模塊、SPI模塊、UART模塊功能制作了手持的多功能無線遙控裝置。另外我們還采用了無線路由傳輸數(shù)據(jù)的方式，通過采集安置于機(jī)器人上的攝像頭圖像的 方式對(duì)該機(jī)器人進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，分別可以采用PC上位機(jī)和android上位機(jī)進(jìn)行控制六足機(jī)器人以CY8C3866AXI-040芯片為控制核心采用了19個(gè)小型的舵機(jī)作為機(jī)器人運(yùn)動(dòng)裝置。電路控制方案上我們采用了，共用了19路PWM輸出控制19個(gè)舵機(jī)的運(yùn)動(dòng)。還應(yīng)用了該芯片的UART功能跟藍(lán)牙模塊通訊，跟路由通訊。六足機(jī)器人控制板可以分為電源模塊、

7、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路模塊、通訊模塊和MP3模塊，同時(shí)六組機(jī)器人還搭載攝像頭模塊。電源模塊分為 兩部分，分別為步進(jìn)電機(jī)供電電源和控制板供電電源，采用兩個(gè)電源可以有效的減小電機(jī)對(duì)控制板上芯片的干擾;步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路模塊主要由PSOC最小系統(tǒng)板 組成;通訊模塊包括藍(lán)牙模塊和路由器模塊電池為TPS5430供電，TPS5430是DCDC電源芯片，能提供3安培的電流輸出，可以滿足除步進(jìn)電機(jī)以外其他部分的供電要 求，PSOC芯片采用5伏供電，而藍(lán)牙模塊使用3.3伏供電，所以使用LM1117將5伏轉(zhuǎn)為3.3伏。而19路步進(jìn)電機(jī)的供電則采用購(gòu)買的電源模塊，能 夠提供8安培的持續(xù)電流，滿足電機(jī)的供電要求。步進(jìn)電機(jī)控制

8、模塊步進(jìn)電機(jī)控制電路以PSOC最小板為核心，利用PSOC可編程的優(yōu)點(diǎn)，在PSOC Creator中調(diào)用PWM、Timer和UART等模塊，對(duì)個(gè)模塊進(jìn)行配置，由于有19路步進(jìn)電機(jī)，所以使用10個(gè)PWM模塊，每個(gè)模塊對(duì)應(yīng)兩個(gè)步進(jìn)電 機(jī)，能夠很方便的對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。UART模塊主要用來與藍(lán)牙、路由器和MP3進(jìn)行通信。通信模塊和MP3模塊通信模塊主要是藍(lán)牙和路由器模塊，其中藍(lán)牙模塊主要用于和控制板進(jìn)行通信，接受控制板的控制指令，而路由器模塊構(gòu)建一個(gè)局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)將攝像頭采集的信息發(fā)送到電腦終端，另一方面利用局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)android設(shè)備對(duì)六足機(jī)器人的控制，實(shí)現(xiàn)控制的多樣化。MP3模塊主要用于實(shí)現(xiàn)六足機(jī)

9、器人的語音應(yīng)答功能，在語音控制模式下實(shí)現(xiàn)六足機(jī)器人與控制者的互動(dòng)，同時(shí)具備娛樂，播放音樂等功能Android客戶端程序Android客戶端程序的控制界面和設(shè)置界面如圖3.1所示，控制界面用于顯示六足機(jī)器人上的攝像頭視頻流，android程序主要由以下幾個(gè)難點(diǎn)：3.1 WIFI網(wǎng)絡(luò)連接網(wǎng)絡(luò)連接主要是通過Socket與六足機(jī)器人進(jìn)行連接，然后進(jìn)行通信，3.2 攝像頭視頻數(shù)據(jù)顯示攝像頭視頻數(shù)據(jù)顯示需要不停地獲取攝像頭的大量數(shù)據(jù)并且畫在畫布，并且不停的更新，四、C#客戶端程序4.1 WIFI網(wǎng)絡(luò)連接網(wǎng)絡(luò)連接主要是通過Socket與六足機(jī)器人進(jìn)行連接，然后進(jìn)行通信4.2 攝像頭視頻數(shù)據(jù)顯示攝像頭包括顯示

10、視頻、保存視頻和截取視頻等操作實(shí)現(xiàn)方案1、 電源設(shè)計(jì)方案。采用兩個(gè)7.6V的大容量電池供電分別對(duì)控制板和舵機(jī)供電2、 當(dāng)處于觸摸控制模式時(shí)，左側(cè)為帶基本功能控制的四個(gè)工作觸摸按鍵和一個(gè)模式切換鍵，右側(cè)的觸摸滑調(diào)主要是用來控制六足機(jī)器人行動(dòng)的速度，兩列的LED為速度指示燈。當(dāng)處于加速度控制模式時(shí)，向前傾斜為前進(jìn)，向前傾斜并向左傾斜便是左轉(zhuǎn)，向左90°豎立是左移，其他動(dòng)作依次類推。同時(shí)LED會(huì)根據(jù)當(dāng)前加速度采集量進(jìn)行亮滅控制，用來表示當(dāng)前速度。當(dāng)處于語音控制模式時(shí)，我們可以控制六足機(jī)器人的動(dòng)作。我們?cè)O(shè)置的指令有：“小寧前進(jìn)”、“下一曲”等等3、 平臺(tái)是PSOC開發(fā)板(以CY8C3866AXI-040芯片為控制核心)經(jīng)費(fèi)使用計(jì)劃序號(hào)項(xiàng)目單價(jià)（元）數(shù)量費(fèi)用（元）1舵機(jī)23225602PVC線槽一些303單片機(jī)芯片3541404鋰電池14022805充電器501506電路板一批1007機(jī)械加工工具一批1508CY8C3866AXI-040芯片13011309無線攝像頭290129010三軸加速度傳感器3513511語音芯片100110012芯片74HC595531513附加零件60合計(jì)1940預(yù)期效果六足機(jī)器人步態(tài)靈活，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)的圖像采集;同時(shí)搭載路由器、藍(lán)牙模塊等通訊設(shè)備，實(shí)時(shí)傳送所采集的數(shù)據(jù);增加語音識(shí)別模塊，