视觉仿生六足机器人设计报告

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1、摘要以六足机器人结构套件为基础，搭建移动测控平台，包括设计总体方案和各个模块实现方案，设计和制作伺服电机（即舵机）主控制板和传感器电路板，设计机器人行走方案并编程实现，实现超声波避障。采用细化的八步行走算法来实现行走控制，采用轴向舵机序号确定其他舵机运动方式和次序的方法进行行走方向的控制，这样完成了对18个舵机的控制任务，使得机器人能够比较协调、流畅地行走，并且可以控制其任意的行进方向。主控制板能够基本满足需要，但还需进一步改善其稳定性和可靠性，并增加功能组件如引导程序下载接口以及键盘等交互器件。进一步研究指南针和超声波模块在移动测控平台上有效利用，并开发图像处理及

2、远程信息传输等技术，使六足野外机器人测控平台有更广阔的应用空间。可应用于户外环境参数监测、特殊任务执行、家庭助理等领域。关键词：舵机STM32单片机行走算法超声波传感器视频采集目录绪论1第一章机械结构改装及设计21.1原机械基础上的改装21.2设计加工的机械部分2第二章电路板设计、制作与调试42.1总体设计42.2主板设计52.3传感器板设计72.4电机稳压电路设计122.5安装调试过程中的问题及解决14第三章行走算法及程序细节173.1编号、建表173.2行走动作算法及动作细化183.3PPM产生程序及其他22第四章传感器的使用294.1超声波传感器的试验294.

3、2系统流程30第五章摄像头采集及无线遥控315.1摄像头选型，及系统合315.2无线遥控模块方案31第六章总结336.1六足机器人未来改进方向336.1六足机器人应用前景探讨33参考文献35绪论搭建六足野外机器人测控平台----这就是本人毕设的工作要求。首先要做的控制18个舵机，使机器人能够按照要求运动。在这个问题的解决上，可以说是完全想象的结果---想象着怎样安排细化动作的步骤，怎样利用摩擦力推动了机器人前进，就这样形成了六足机器人的八步行走算法。让机器人改变轴向从而改变前进方向的推导算法，是有价值的尝试，其结果也是令人欣慰的。当然仅仅运动起来并不能成为一个测控平

4、台，机器人必须具备对环境的感知和适应性。选用了超声波传感器和指南针传感器分别作为感知周边障碍和行进方向的检测器件。麻省理工学院的人工智能实验室的移动机器人小组做着和本人同类型的工作，但是他们的研究方法却和本人的大相径庭。他们对昆虫发生了浓厚的兴趣，他们认为这些弱小的动物群体在复杂而又危险的环境中能够得以生存是一个伟大的奇迹，而昆虫的大脑在世界上却是最小的，然而最小的大脑却让这些小虫子有如此大的能力，以至于让我们认为最先进的机器人都无地自容。他们联合其他的科研工作者提出了基于行为的机器人学。这一学科不但在学术界影响重大，而且被广泛应用于各种领域，包括火星探测。35第一

5、章六足机器人构形设计1.1多足昆虫躯体结构昆虫解剖学和行为学研究成果表明，竹节虫用于步行的腿部模型具有如图1-1所示的三旋转自由度结构，而连接在躯干上的各肢体，则呈现为椭圆状的分布形式。图1-1中，o为“躯干-基节”关节自由度的转动中心，x为沿着竹节虫头部方向的坐标轴，x坐标轴、y坐标轴、z坐标轴满足右手螺旋法则，z为沿着重力反方向的坐标轴，α为“躯干-基节”关节自由度的转角，β为基节与股节之间的夹角，γ为股节与胫节之间的夹角，ψ为参考位姿下的基节轴线方向与水平面的夹角。图1-1竹节虫的腿部结构模型1.2六足机器人结构设计六足机器人躯干与各肢体的连接关节设计为椭圆形

6、，椭圆形肢体分布具有两大优势，一是减少腿间运动干涉的发生概率，二是能够增加步行的稳定性。本文的六足机器人肢体分布如图2-2所示。35为了获得良好的互换性，六足机器人的腿部结构采用模块化的设计理念，位于机器人躯干同侧及对侧的肢体都具有完全均一化的机械结构。机器人的每条腿均由基节、股节、胫节三个肢节构成，具有“躯干-基节”关节、“基节-股节”关节、“股节-胫节”关节3个独立的旋转自由度，占机器人质量比重较大的舵机（型号HSR5995TG，最大扭矩30kg·cm）被集中配置于躯干四周，以减少肢体的转动惯量、增加机器人的运动灵活性和整体刚度。“躯干-基节”关节直接由舵机进行

7、驱动，但为了获得良好的力矩输出特性，避免舵机输出轴承受较大的弯矩，使舵机输出轴只承受负载扭矩。“基节-股节”、“股节-胫节”（见图2-3）关节采用刚度好、传递效率高的复合平行四连杆传动方案。35第二章电路板设计、制作与调试2.1总体设计采用双处理器，双层结构。下面图2.1为其总体结构图。下面对设计的主要特点作些说明，更详细的阐述参见以后的章节。（1）主控制板和传感器板分别有独立的控制器(用了MSP430F149)，这样的好处是传感器模块化，更容易移植到其他的系统中。使用MSP430F149的初衷是这款单片机有10个捕获/比较寄存器（8个PWM输出），更容易对电机