WIFI可视双足步行变形机器人的基本设计与研究.pdf

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1、科技论坛·77·WIFI可视双足步行变形机器人的基本设计与研究李嘉涛刘奕灵侯俊平(沈阳理工大学信息科学与工程学院，辽宁沈阳110000)摘要：本设计拟进行WIFI可视双足步行变形机器人的基本设计与研究，所设计的机器人以32路舵机控制器及单片机微控制器为核心技术芯片，完成行走、成小车等简单动作，同时通过一些必要的传感器组件完成其对前方道路情况的探测和判断,通过WIFI摄像头模块，能够在手机上全程监控机器人的周围坏境的动态变化，能及时了解和控制机器人。关键词：双足步行；变形机器人；舵机控制器；WIFI摄像头模块1总体

2、分析要设计和开发一个双足步行变形机器人，首先要对其进行总体分析和设计，确定步行机器人的功能、基本结构和系统配置等。机器人的主要技术主要包括三部分：一是数控系统，也就是电子部分，二是伺服舵机，三是机械结构设计。2功能定位2.1机器人发展的最高目标是制造出拟人机器人[1],在此基础上，改变机型，使之变形成小车；2.2通过PWM指令算法和舵机的联动控制，设计符合双足交叉步行变形机器人动作程序；2.3采用的单片机存储容量大，接口丰富，有两个独立串口，有PWM控制输出模块，4个中断，满足机器人的电机驱动和传感器的控制；2.

3、4通过WIFI摄像头模块，Android编程的apk，能图3控制信号脉冲宽度与够在手机上全程监控机器人的周围坏境的动态变化，能输出轴转角的关系图及时了解和控制机器人；图1双足机器人机械结构简图2.5配备超声波传感器，自动识别障碍物，智能避撞、越障功能；2.6是一款真正的变形智能双足机器人，具有应用价值，生产成本低。3自由度配置本机器人设计的主要目的是要实现拟人四肢12自图2舵机的工作原理示意图由度的平稳步行[2]，采用的头部2个自由度的关节、上肢器人的结构做成是框架型的；4个自由度的关节和下肢6个自由度的关节配置

4、形式，具体自由度配置4.6在两只手的肩部引出到胸前制两个固定小车轮子，在两腿小腿部为头部脖子2个，单手肩关节1个，肘关节1个，单腿髋关节1个，膝关节固定两个小车轮子。实物图见图1所示。1个，踝关节1个。5舵机选型脖子两个自由度主要是为WIFI摄像头固定上下左右旋转所用，手本设计所选舵机全金属齿轮舵机。一个舵机内部结构包含了一个小部两个关节主要是为变形成车而用，也使机器人更加完整美观，腿部至少型直流电机、一组变速齿轮组、一个反馈可调电位器以及一块电子控制要有髋、膝、踝这三个关节，双足平稳行走才能成为可能。髋、膝、踝

5、关节对板。其原理如图2所示。舵机的控制信号是脉冲位置调制信号，周期一般于稳定有效的行走来说是不可少的。髋关节用于摆腿，实现迈步并使上躯为20ms，当方波的脉冲宽度发生变化时，舵机转轴的角度也随即发生改体前倾和后仰，使其在步行过程中起到辅助平衡作用。膝关节主要是用来变，角度变化与脉冲宽度的变化成正比。一般舵机的输出轴转角与输入信调整重心的平衡、并用来调整摆腿高度，使其与地相适应。踝关节和步行号的脉冲宽度之间的关系如图3所示。伺服马达的瞬时运动速度是由它功能相关联，用来和髋关节互相配合实现支撑腿和上躯体的移动，而且还

6、内部的直流电机和变速齿轮组的配合决定的，除了和电压有关外，还和转可以调整脚掌状态使之变为变形成车后的车尾。动的角度和负载有关。4结构设计6结论根据确定的自由度配置方案以及选用的微型伺服马达、传感器、控研究过程中做了机器人资料搜集和整理工作，在此基础上构建起双制板以及设计机器人的零件。以结构简单、尽可能采用通用零件、外观美足变形机器人总体研究结构框架，并做了一系列双足变形机器人基础性等原则，对机器人的结构及外观进行优化。研究工作，包括步态规划、变形和控制分析等。为了使设计出的机器人完设计的机器人机构,其主要特点有以

7、下几点：成预定的行走，变形成小车等动作，在设计研究和调试过程中会碰到一些4.1步行运动中普遍存在结构对称性[3]。根据步行运动中的对称性，发问题，需要对其稳定性，平衡性，避障性等方面进行详细分析和改进。有一现机身运动的对称性和腿机构的对称性之间存在相互关系。根据这一点，种弊端会导致机器人在步行过程中出现反复断电又接通的情况，使机器在构造设计时采用对称性结构设计；人不能正常态的工作，这多数是因为焊接的电路板上的电路连接有松动，4.2在框架的设计中，有效地利用了舵机的尺寸大小，使舵机的活动主要是电源连接方面。范围能够

8、尽可能的符合各关节的活动范围；参考文献4.3采用多关节型结构，行走机构能实现平地前后、变形成车等功[1]陈立新,两足步行机器人步态及运动稳定性分析[D].1995.能；[2]张学允,双足步行机器人动态步行研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学,4.4整个结构采用2mm的铝合金材料，机器人机身身高340mm，肩2001.宽160mm，胸厚85mm；[3]严冰,李晓翠.基于双足机