四足漫步機器人

1、答辯人：湯豐偉答辯人：湯豐偉 劉文斌劉文斌 賈賈 亨亨指導(dǎo)指導(dǎo)老師：王老師：王 軍軍一、發(fā)展背景一、發(fā)展背景二、四二、四足機器人運動足機器人運動設(shè)計方案設(shè)計方案三、四足機器人控制設(shè)計方案三、四足機器人控制設(shè)計方案四、結(jié)論四、結(jié)論五、參考資料及文獻綜述五、參考資料及文獻綜述 仿生仿生四四足足爬行機器人是一種基于仿生學(xué)原理研制開爬行機器人是一種基于仿生學(xué)原理研制開發(fā)的新型足式機器人。與發(fā)的新型足式機器人。與傳統(tǒng)的輪式或履帶式機器人傳統(tǒng)的輪式或履帶式機器人相比，相比，足式在足式在運動特性方面具有獨特的優(yōu)點運動特性方面具有獨特的優(yōu)點： 一、一、較好較好的的機動性機動性，對對不平地面的適應(yīng)能力十分不平地

2、面的適應(yīng)能力十分突突出出?？稍诳赡苓_到的地面上選擇最優(yōu)支撐點，從而可在可能達到的地面上選擇最優(yōu)支撐點，從而輕輕松松地通過松軟地面以及跨越比較大的地通過松軟地面以及跨越比較大的障礙。障礙。 二、二、運動系統(tǒng)可以實現(xiàn)主動隔振，運動系統(tǒng)可以實現(xiàn)主動隔振，在在高低不平高低不平的的地地面，機身的運動仍可達到相當(dāng)平穩(wěn)面，機身的運動仍可達到相當(dāng)平穩(wěn)。 三、三、不平不平地面和松軟地面上的行進速度較高，而能地面和松軟地面上的行進速度較高，而能耗較少耗較少。 正是正是由于上述特點由于上述特點，四四足足機器人正日益成為機器人機器人正日益成為機器人技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點。技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點。1.1.四足四足機器人運動機器

3、人運動方案方案2.2.步態(tài)行走運動原理步態(tài)行走運動原理3.3.機器人平衡性分析機器人平衡性分析4.4.腿部力學(xué)分析腿部力學(xué)分析方案： 四足爬蟲式機器人采取兩條腿為一組的運動模式，左面的前腿與右面的后退配合，右面的前腿與左面的后腿相配合的運動方式，各條腿能夠協(xié)調(diào)的進行運動，機器人的運動相對平穩(wěn)。方案特點：此方案使機器人的每個腿能夠協(xié)調(diào)運動，在滿足運動要求的情況下，單片機控制程序較少，控制方便，驅(qū)動馬達數(shù)量也相應(yīng)的減少。節(jié)約成本。機器人運動平穩(wěn)，控制、驅(qū)動部分都得到相應(yīng)的簡化，控制簡單。這種方案是我們目前所學(xué)習(xí)的基本知識的一個整合及應(yīng)用。 步行時把四條足分為兩組，以身體一側(cè)的前足、與另一側(cè)的后足作

4、為一組，形成一個穩(wěn)定的四邊形支撐支架，因此在同一時間內(nèi)只有一組的兩條足起行走作用：前足用爪固定物體后拉動蟲體前進，后足則推動蟲體前進的作用，另外一組起支撐作用，行走時蟲體向前并稍向外轉(zhuǎn)，兩條足同時行動，然后再與另一組的兩條足交替進行，兩組足如此交替地擺動和支撐，從而實現(xiàn)昆蟲的快速運動，其行走的軌跡線是一條鋸齒狀曲線。 由于機器人在運動過程中總有兩足著地，其支撐作用的兩足足構(gòu)成了一條斜線，保證了機器人的重心總是落在那條斜線的中點處。 機器人采用兩足支撐，在機器人的運行過程中，任何時刻總有兩足著地，構(gòu)成一條斜線，并通過對機器人整體尺寸、足部擺角的設(shè)定，可使得機器人的重心總是落在斜線的中心處，保證了

5、機器人的平衡，兩足兩足交替支撐，保證了重心在水平面內(nèi)的平穩(wěn)運動。 對對四四足足爬蟲機器人的腿部受力進行分析，通爬蟲機器人的腿部受力進行分析，通過大致計算可估算出機器人足部運動時所需要過大致計算可估算出機器人足部運動時所需要的扭矩大小，從而可以確定所需要的舵機的扭的扭矩大小，從而可以確定所需要的舵機的扭矩參數(shù)。支撐足上的舵機矩參數(shù)。支撐足上的舵機2 2 承受的力通過舵機轉(zhuǎn)承受的力通過舵機轉(zhuǎn)軸軸心，支撐足上舵機在承載力時所受扭矩為軸軸心，支撐足上舵機在承載力時所受扭矩為零，對于支撐足上的舵機要求，只需抬起支撐零，對于支撐足上的舵機要求，只需抬起支撐足即可，可見一般舵機都能滿足工作要求。由足即可，可

6、見一般舵機都能滿足工作要求。由于機器人由支撐足支撐而與地面無滑動摩擦，于機器人由支撐足支撐而與地面無滑動摩擦，對舵機對舵機1 1 的要求，只需克服機械結(jié)構(gòu)間的摩擦即的要求，只需克服機械結(jié)構(gòu)間的摩擦即可?？?。 單片機最小系統(tǒng)介紹 單片機最小系統(tǒng),或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng),是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統(tǒng). 對51系列單片機來說,單片機+晶振電路+復(fù)位電路,便組成了一個最小系統(tǒng).但是一般我們在設(shè)計中總是喜歡把按鍵輸入、顯示輸出等加到上述電路中,成為小系統(tǒng)。L298N是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機驅(qū)動芯片。該芯片采用15腳封裝。主要特點是：工作電壓高，最高工作電壓可達46V；輸出電流大

7、，瞬間峰值電流可達3A，持續(xù)工作電流為2A；額定功率25W。使用L298N芯片驅(qū)動電機，該芯片可以驅(qū)動一臺兩相步進電機或四相步進電機，也可以驅(qū)動兩臺直流電機。實現(xiàn)的功能：前進10秒，后退10秒 用定時器定時 #includeunsigned char aa; /定義全局變量unsigned char miao;sbit zuo=P20; /位申明sbit you=P21;void main()/主函數(shù)TMOD=0X01;/設(shè)置定時器工作方式 定時器0方式1 16位TH0=(65535-50000)/256; /裝初值 50msTL0=(65535-50000)%256;EA=1; /開啟中斷總

8、允許ET0=1; /開啟定時中斷允許TR0=1; /啟動定時器zuo=1;you=0;aa=0;miao=0;while(1) /循環(huán)if(miao=10)/判斷是否到十秒zuo=0;/前進you=1;if(miao=20)/判斷是否到二十秒miao=0;/后退zuo=1;you=0;void dsq()interrupt 1 /定時中斷服務(wù)子程序TH0=(65535-50000)/256; /裝初值TL0=(65535-50000)%256;aa+;if(aa=20)/當(dāng)aa=20時為定時1秒aa=0;miao+;結(jié)論結(jié)論：在機構(gòu)設(shè)計上，本文對驅(qū)動足：在機構(gòu)設(shè)計上，本文對驅(qū)動足采用了曲柄搖桿

9、機構(gòu)，實現(xiàn)了腿前后采用了曲柄搖桿機構(gòu)，實現(xiàn)了腿前后搖擺行走，而不是傳統(tǒng)意義上的繞中搖擺行走，而不是傳統(tǒng)意義上的繞中間旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。這樣就可以保持腿支間旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。這樣就可以保持腿支撐時間較長，從而使機器人的穩(wěn)定性撐時間較長，從而使機器人的穩(wěn)定性增加。此外，由于是通過連桿選擇腿增加。此外，由于是通過連桿選擇腿部運動軌跡，因此，本文的機器人在部運動軌跡，因此，本文的機器人在行走過程中也會非常穩(wěn)定，而不至于行走過程中也會非常穩(wěn)定，而不至于出現(xiàn)沖擊載荷。出現(xiàn)沖擊載荷。11蔡自興蔡自興. .機器人學(xué)機器人學(xué)M.M.北京北京: :清華大學(xué)出版社，清華大學(xué)出版社，2000200022黃俊軍，葛世榮，曹為黃俊軍

10、，葛世榮，曹為. .多足步行機器人研究狀況及多足步行機器人研究狀況及展望展望33江蘇徐州：中國江蘇徐州：中國 礦業(yè)大學(xué)可靠性與救災(zāi)機器人研究礦業(yè)大學(xué)可靠性與救災(zāi)機器人研究所所,221008. ,221008. 44陳學(xué)東等陳學(xué)東等. .多足步行機器人運動規(guī)劃與控制多足步行機器人運動規(guī)劃與控制M.M.湖北湖北: :華中科技大學(xué)出版社，華中科技大學(xué)出版社，2006200655克拉克克拉克丹尼斯等丹尼斯等. .機器人設(shè)計與控制機器人設(shè)計與控制M.M.北京北京: :科學(xué)出科學(xué)出版社，版社，2004 2004 66趙杰等趙杰等. .應(yīng)用于六足機器人平臺的舵機控制器設(shè)計應(yīng)用于六足機器人平臺的舵機控制器設(shè)計J.J.機械與電子機械與電子 非常非常感謝曾給予我耐心指導(dǎo)和親切關(guān)懷感謝曾給予我耐心指導(dǎo)和親切關(guān)懷的老師及幫助我的同學(xué)，正是由于他們的的老師及幫助我的同學(xué)，正是由于他們的幫助和鼓勵才使我能夠在畢