四足漫步機(jī)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(jī)器人運(yùn)動(dòng)足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)方案三、四足機(jī)器人控制設(shè)計(jì)方案三、四足機(jī)器人控制設(shè)計(jì)方案四、結(jié)論四、結(jié)論五、參考資料及文獻(xiàn)綜述五、參考資料及文獻(xiàn)綜述 仿生仿生四四足足爬行機(jī)器人是一種基于仿生學(xué)原理研制開爬行機(jī)器人是一種基于仿生學(xué)原理研制開發(fā)的新型足式機(jī)器人。與發(fā)的新型足式機(jī)器人。與傳統(tǒng)的輪式或履帶式機(jī)器人傳統(tǒng)的輪式或履帶式機(jī)器人相比，相比，足式在足式在運(yùn)動(dòng)特性方面具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)特性方面具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)： 一、一、較好較好的的機(jī)動(dòng)性機(jī)動(dòng)性，對(duì)對(duì)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_(dá)到的地面上選擇最優(yōu)支撐點(diǎn)，從而可在可能達(dá)到的地面上選擇最優(yōu)支撐點(diǎn)，從而輕輕松松地通過(guò)松軟地面以及跨越比較大的地通過(guò)松軟地面以及跨越比較大的障礙。障礙。 二、二、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)隔振，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)隔振，在在高低不平高低不平的的地地面，機(jī)身的運(yùn)動(dòng)仍可達(dá)到相當(dāng)平穩(wěn)面，機(jī)身的運(yùn)動(dòng)仍可達(dá)到相當(dāng)平穩(wěn)。 三、三、不平不平地面和松軟地面上的行進(jìn)速度較高，而能地面和松軟地面上的行進(jìn)速度較高，而能耗較少耗較少。 正是正是由于上述特點(diǎn)由于上述特點(diǎn)，四四足足機(jī)器人正日益成為機(jī)器人機(jī)器人正日益成為機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。1.1.四足四足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)器

3、人運(yùn)動(dòng)方案方案2.2.步態(tài)行走運(yùn)動(dòng)原理步態(tài)行走運(yùn)動(dòng)原理3.3.機(jī)器人平衡性分析機(jī)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(jī)器人采取兩條腿為一組的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)方式，各條腿能夠協(xié)調(diào)的進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)相對(duì)平穩(wěn)。方案特點(diǎn)：此方案使機(jī)器人的每個(gè)腿能夠協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，在滿足運(yùn)動(dòng)要求的情況下，單片機(jī)控制程序較少，控制方便，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)數(shù)量也相應(yīng)的減少。節(jié)約成本。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，控制、驅(qū)動(dòng)部分都得到相應(yīng)的簡(jiǎn)化，控制簡(jiǎn)單。這種方案是我們目前所學(xué)習(xí)的基本知識(shí)的一個(gè)整合及應(yīng)用。 步行時(shí)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(gè)穩(wěn)定的四邊形支撐支架，因此在同一時(shí)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(dòng)蟲體前進(jìn)，后足則推動(dòng)蟲體前進(jìn)的作用，另外一組起支撐作用，行走時(shí)蟲體向前并稍向外轉(zhuǎn)，兩條足同時(shí)行動(dòng)，然后再與另一組的兩條足交替進(jìn)行，兩組足如此交替地?cái)[動(dòng)和支撐，從而實(shí)現(xiàn)昆蟲的快速運(yùn)動(dòng)，其行走的軌跡線是一條鋸齒狀曲線。 由于機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過(guò)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(jī)器人的重心總是落在那條斜線的中點(diǎn)處。 機(jī)器人采用兩足支撐，在機(jī)器人的運(yùn)行過(guò)程中，任何時(shí)刻總有兩足著地，構(gòu)成一條斜線，并通過(guò)對(duì)機(jī)器人整體尺寸、足部擺角的設(shè)定，可使得機(jī)器人的重心總是落在斜線的中心處，保證了

5、機(jī)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(yùn)動(dòng)。 對(duì)對(duì)四四足足爬蟲機(jī)器人的腿部受力進(jìn)行分析，通爬蟲機(jī)器人的腿部受力進(jìn)行分析，通過(guò)大致計(jì)算可估算出機(jī)器人足部運(yùn)動(dòng)時(shí)所需要過(guò)大致計(jì)算可估算出機(jī)器人足部運(yùn)動(dòng)時(shí)所需要的扭矩大小，從而可以確定所需要的舵機(jī)的扭的扭矩大小，從而可以確定所需要的舵機(jī)的扭矩參數(shù)。支撐足上的舵機(jī)矩參數(shù)。支撐足上的舵機(jī)2 2 承受的力通過(guò)舵機(jī)轉(zhuǎn)承受的力通過(guò)舵機(jī)轉(zhuǎn)軸軸心，支撐足上舵機(jī)在承載力時(shí)所受扭矩為軸軸心，支撐足上舵機(jī)在承載力時(shí)所受扭矩為零，對(duì)于支撐足上的舵機(jī)要求，只需抬起支撐零，對(duì)于支撐足上的舵機(jī)要求，只需抬起支撐足即可，可見一般舵機(jī)都能滿足工作要求。由足即可，可

6、見一般舵機(jī)都能滿足工作要求。由于機(jī)器人由支撐足支撐而與地面無(wú)滑動(dòng)摩擦，于機(jī)器人由支撐足支撐而與地面無(wú)滑動(dòng)摩擦，對(duì)舵機(jī)對(duì)舵機(jī)1 1 的要求，只需克服機(jī)械結(jié)構(gòu)間的摩擦即的要求，只需克服機(jī)械結(jié)構(gòu)間的摩擦即可?？?。 單片機(jī)最小系統(tǒng)介紹 單片機(jī)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(jī)可以工作的系統(tǒng). 對(duì)51系列單片機(jī)來(lái)說(shuō),單片機(jī)+晶振電路+復(fù)位電路,便組成了一個(gè)最小系統(tǒng).但是一般我們?cè)谠O(shè)計(jì)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(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片采用15腳封裝。主要特點(diǎn)是：工作電壓高，最高工作電壓可達(dá)46V；輸出電流大

7、，瞬間峰值電流可達(dá)3A，持續(xù)工作電流為2A；額定功率25W。使用L298N芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)，該芯片可以驅(qū)動(dòng)一臺(tái)兩相步進(jìn)電機(jī)或四相步進(jìn)電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)。實(shí)現(xiàn)的功能：前進(jìn)10秒，后退10秒 用定時(shí)器定時(shí) #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(shí)器工作方式 定時(shí)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(shí)中斷允許TR0=1; /啟動(dòng)定時(shí)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(jìn)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(shí)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(shí)為定時(shí)1秒aa=0;miao+;結(jié)論結(jié)論：在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)上，本文對(duì)驅(qū)動(dòng)足：在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)上，本文對(duì)驅(qū)動(dòng)足采用了曲柄搖桿

9、機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了腿前后采用了曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，實(shí)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(shí)間較長(zhǎng)，從而使機(jī)器人的穩(wěn)定性撐時(shí)間較長(zhǎng)，從而使機(jī)器人的穩(wěn)定性增加。此外，由于是通過(guò)連桿選擇腿增加。此外，由于是通過(guò)連桿選擇腿部運(yùn)動(dòng)軌跡，因此，本文的機(jī)器人在部運(yùn)動(dòng)軌跡，因此，本文的機(jī)器人在行走過(guò)程中也會(huì)非常穩(wěn)定，而不至于行走過(guò)程中也會(huì)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(jī)器人學(xué)機(jī)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(jī)器人研究狀況及多足步行機(jī)器人研究狀況及展望展望33江蘇徐州：中國(guó)江蘇徐州：中國(guó) 礦業(yè)大學(xué)可靠性與救災(zāi)機(jī)器人研究礦業(yè)大學(xué)可靠性與救災(zāi)機(jī)器人研究所所,221008. ,221008. 44陳學(xué)東等陳學(xué)東等. .多足步行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與控制多足步行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)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(jī)器人設(shè)計(jì)與控制機(jī)器人設(shè)計(jì)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(jī)器人平臺(tái)的舵機(jī)控制器設(shè)計(jì)應(yīng)用于六足機(jī)器人平臺(tái)的舵機(jī)控制器設(shè)計(jì)J.J.機(jī)械與電子機(jī)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(lì)才使我能夠在畢