十自由度體操機器人ppt資料

1、十自由度體操(tco)機器人設(shè)計與實現(xiàn)指導(dǎo)老師：MT答辯人：周夢華(mn hu)專業(yè)班級：自動化11-1共二十二頁1.體操機器人研究意義與背景2.體操機器人初步(chb)結(jié)構(gòu)3.體操機器人方案選型與設(shè)計4.機器人核心控制系統(tǒng)的設(shè)計5.體操機器人軟件的設(shè)計與調(diào)試整體(zhngt)內(nèi)容共二十二頁自由體操(zyutco)機器人簡介1.自由體操機器人設(shè)計(shj)背景:十自由度體操機器人屬于多關(guān)節(jié)類人機器人范疇；它是中國機器人大賽雙足競步組的一個重要比賽項目；該機器人主要的目的在于表演功能；它要實現(xiàn)倒立、劈叉、側(cè)翻、前后滾翻和俯臥撐等高難度的體操動作。2.體操機器人研究的意義：體操機器人精度高、能耗小

2、、控制簡單、裝配容易，它參考人體結(jié)構(gòu)比例特征，進行結(jié)構(gòu)設(shè)計；與其它工業(yè)機器人相比，類人體操機器人有更強的適應(yīng)環(huán)境的能力與高度的靈活性。這類機器人未來將是家庭服務(wù)、娛樂開發(fā)的主要方向 。研究本課題可以提高我們本科生的創(chuàng)新實踐能力。共二十二頁自由體操機器人結(jié)構(gòu)組成(z chn)與要求一、整個體操機器人的外殼大致是由這幾個部分組成的： 1） 能轉(zhuǎn)動任意角度【0，180】的舵機。 2） 一塊(y kui)核心的舵機控制板 3）各舵機之間連接的結(jié)構(gòu)件因為本次研究的機器人擁有十個自由度，換句話說是擁有十個運動的關(guān)節(jié)；因此體操機器人應(yīng)該配備十個舵機。二、因為十自由度體操機器人屬于仿人形機器人，所以對它的要求

3、必須是能明顯區(qū)分機器人的手部、腳部、腹部等。因此要對機器人進行自由度的配置，也就是每個關(guān)節(jié)由一個舵機控制。最終十個舵機分布如下：頭部一個（控制前肢）；腹部一個（控制軀干動作）；肩部、手部各兩個；腿部和腳各兩個 共二十二頁完成舵機配置(pizh)的機器人外觀實物圖如下共二十二頁體操(tco)機器人的整體方案設(shè)計 1.硬件設(shè)計(shj)機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計機器人硬件控制模塊的設(shè)計2. 軟件設(shè)計機器人的關(guān)節(jié)動作調(diào)試程序共二十二頁一、前期(qinq)的硬件設(shè)計前期的硬件設(shè)計主要(zhyo)是機器人整體連接件的設(shè)計。 包含：舵盤卡口的設(shè)計、肩膀與手臂相連部分的設(shè)計、 腳板 、手部、以及頭部卡口的設(shè)計等上述各

4、個連接件的設(shè)計都是通過CAD/PROE等輔助設(shè)計軟件，先繪制出各部件加工圖，然后用大塊鋁片等金屬材料放在加工臺上制作而成鋁片作為硬件加工材料，優(yōu)點是：易于加工，可以減輕機器人本體的重量；保證體操機器人的穩(wěn)定性與機動性 。共二十二頁 1.Cad結(jié)構(gòu)件圖例(tl) 2.制作(zhzu)完成的結(jié)構(gòu)件共二十二頁二、機器人控制模塊(m kui)設(shè)計機器人主控制器的選擇(xunz) 本機器人選取的是ATMEL公司開發(fā)的ATmega16L單片機。共二十二頁動力模塊(m kui)舵機的選型與設(shè)計舵機介紹：它是由直流伺服電機、減速齒輪組、位置傳感器 和控制電路構(gòu)成的一套完整的自動控制系統(tǒng)。 通過發(fā)送信號，指定輸

5、出軸旋轉(zhuǎn)(xunzhun)角度。舵機一般而言都有最大旋轉(zhuǎn)(xunzhun)角度（比如180度。） 三條線：控制線、電源線、地線體操機器人所用舵機型號：SR403P 共二十二頁SR-403P 舵機的控制原理(yunl)以及技術(shù)參數(shù)舵機工作原理：控制信號由接收機的通道進入信號調(diào)制芯片，獲得直流偏置電壓。它內(nèi)部有一個基準電路(dinl)，產(chǎn)生周期為20ms，寬度為1.5ms的基準信號，將獲得的直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差輸出。最后，電壓差的正負輸出到電機驅(qū)動芯片決定電機的正反轉(zhuǎn)。舵機技術(shù)參數(shù)（SR-403P)共二十二頁體操機器人系統(tǒng)模塊(m kui)聯(lián)系圖本系統(tǒng)硬件主要有串口調(diào)試電路連

6、接、舵機控制電路板的設(shè)計(shj)等，軟件主要完成機器人體操動作程序的編輯調(diào)試與下載等功能。通過核心控制器ATmega16單片機控制輸出PWM信號來控制舵機的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)機器人關(guān)節(jié)運動形成一系列動作。共二十二頁體操(tco)機器人的電源模塊選型與設(shè)計十自由度體操機器人要控制十個舵機(du j)，還要做一系列體操動作，因此耗電多是難免的。鋰電池擁有易于安裝固定、充電效率高且供電效果穩(wěn)定的優(yōu)點，最終選用7.4V鋰電池作為體操機器人的供電模塊。鋰電池作為供電能源，要為單片機控制板、舵機這兩部分供電；因為單片機芯片的標準供電電壓是5V，當(dāng)用鋰電池供電時，系統(tǒng)會使用一個1117芯片進行降壓穩(wěn)壓的過程，然后

7、才能為單片機主控板供電。 共二十二頁基于單片機的舵機驅(qū)動原理(yunl)及原理(yunl)圖介紹單片機系統(tǒng)實現(xiàn)對舵機輸出轉(zhuǎn)角的控制(kngzh)，必須首先完成兩個任務(wù)：首先是產(chǎn)生基本的PWM周期信號，本設(shè)計是產(chǎn)生20ms的周期信號；其次是脈寬的調(diào)整，即單片機模擬PWM信號的輸出，并且調(diào)整占空比。 可見機器人各關(guān)節(jié)的不斷變化，是由單片機產(chǎn)生的脈沖信號控制舵機的轉(zhuǎn)角慢慢實現(xiàn)的。下圖是舵機輸出轉(zhuǎn)角與接收到的脈沖關(guān)系共二十二頁基于(jy)單片機的舵機驅(qū)動板原理圖共二十二頁體操(tco)機器人控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 本系統(tǒng)的軟件設(shè)計分為主程序和子程序兩部分。主程序的主要任務(wù)是完成系統(tǒng)硬件的初始化以及調(diào)用子程序

8、里舵機的指令(zhlng)來進行機器人動作的控制。主程序流程圖如下共二十二頁動作子程序里面(lmin)包含的內(nèi)容主要有舵機驅(qū)動程序設(shè)計以及每個舵機動作完成后的銜接指令。動作子程序的操作流程圖大致如下所示 動作(dngzu)子程序流程共二十二頁體操(tco)機器人的動作調(diào)試機器人關(guān)節(jié)運動的調(diào)試原理：PC機上的調(diào)試軟件（上位機軟件）通過向單片機（下位機）傳遞伺服電機的角度狀態(tài)值，以此來控制電機的轉(zhuǎn)角，進而實現(xiàn)動作(dngzu)的調(diào)試。調(diào)試流程如下。共二十二頁機器人動作(dngzu)調(diào)試軟件共二十二頁課題設(shè)計(shj)的工作總結(jié)1.前期查閱了很多相關(guān)的機器人方面的資料，逐漸認識到整個(zhngg)機器人系統(tǒng)用到的理論知識，以及大致掌握了機器人的硬件組成。2.對硬件電路進行分析，完成了一部分的硬件電路設(shè)計工作3.對軟件程序進行了一小部分的設(shè)計與編寫。4.最后對機器人的關(guān)節(jié)部位進行調(diào)試，使之盡量滿足本課題的設(shè)計要求共二十二頁謝謝(xi xie)共二十二頁內(nèi)容摘要十自由度體操機器人設(shè)計與實現(xiàn)。與其它工業(yè)機器人相比，類人體操機器人有更強的適應(yīng)環(huán)境的能力與高度的靈活性。一、整個體操機器人的外殼大致是由這幾個部分組成的：。因為本次研究的機器人擁有十個自由度，換句話說是擁有十個運動的關(guān)節(jié)。前期的硬件設(shè)計主要是機器人整體連接件的設(shè)計。本機器人選取的是ATMEL公司開發(fā)的AT