系统详细设计报告.doc

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1、系统详细设计报告1设计要求设计一个狭窄足印的双足竞步机器人。结构只有双足、并只能以走路的方式来移动，机器人要分清楚正面及背面，以箭头方向作为正面，是自主式脱线控制，用不多于6只伺服马达和一个伺服马达控制板来完成，机器人最大尺寸为200mm（长）X200mm（宽）X300mm（高），重量不超过1Kg.，狭窄足印竞步机器人,单足最大尺寸要能放入(长)150mmX(宽)60mm长方格内。机器人头部要能放入(长)200mmX(宽)100mm长方格内。比赛场地（即擂台，如图2.1所示）大小为长、宽分别为是2000mm，宽600mm的长方形矮台，

2、台上表面即为擂台场地。机器人从出发区启动后，沿着起点线走上擂台。（见图2）图2机器人由与脚底板相邻的舵机控制机器人的重心左右移动来实现前进（见下图1）与脚底板相连的舵机平放在脚底板上，舵机的扭力输出轴与前进方向平行。图11.1系统主要技术指标及功能机器人通过步行的方式从起点线走到终点线（相距200cm，限宽60cm）。竞赛开始时，机器人先向前走出3步距离、立正、然后卧下（身体向前）、向前翻跟斗3次，再起立、向前走出3步距离、立正、然后卧下（身体向后）、再向后翻跟斗2次、再起立、然后以轻快步履走向终点、参赛机器人要在5分钟以内完成所有动

3、作。也就说机器人要沿着直线行走，并且要走得既快又稳。从场地来看，双足竞步机器人的做工一定要精细，做工的精度一定要高，必要时做到标准化。另一方面由于在机器人身上没有各种辅助措施，机器人的稳定性一地要强，应用程序要稳定，各关节的设计要合理可靠等。由于比赛中规定在完成全部动作且得分相同的情况下，按耗时越少排名越高的原则确定名次。所以，最重要的一点是要尽量减少机器人完成动作所用的时间。2总体方案2.1软件应用平台方案程序的软件设计阶段利用AVRmega128系列单片机仿真器进行在线的编程调试，在PC机上编写，然后通过串口COM1下载至仿真器，

4、实现在线编程调试功能。软件运行环境为Windows7。2.2机械构造方案根据确定的自由度配置方案以及选用的模拟舵机、控制板，设计机器人的零件。本着结构简单、尽量采用通用零件、外形美观等原则，对机器人的机构及外观进行优化。2.3硬件电路方案主板是采用AVR控制板原理图，该主板是以ATmega128L单片机微控制器为核心,包括电源模块、USB下载模块、ISP下载模块、电机驱动模块、外部晶振以及各种I/O接口。为了满足对机器人主控制平台的需求，我们设计了基于AVR开发平台的机器人主控制板。主控制板3硬件详细设计3.1硬件模块框图3.2模块方

5、案分析比较3.2.1主芯片AVR控制板采用的是Atmega128LAVR芯片（如图4-2所示），图4-2Atmega128L内部结构图该芯片具有如下特点：²高性能、低功耗的8位AVR®微处理器²先进的RISC结构²131条指令–大多数指令执行时间为单个时钟周期²32个8位通用工作寄存器²全静态工作²工作于16MHz时性能高达16MIPS²只需两个时钟周期的硬件乘法器²非易失性程序和数据存储器²16K字节的系统内可编程Flash²擦写寿命:10,000次²具有独立锁定位的可选Boot代码区²通过片上Boot程序实现系统内编程²真正的同时

6、读写操作²512字节的EEPROM²擦写寿命:100,000次²1K字节的片内SRAM²可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密²JTAG接口(与IEEE1149.1标准兼容)²符合JTAG标准的边界扫描功能²支持扩展的片内调试功能²通过JTAG接口实现对Flash、EEPROM、熔丝位和锁定位的编程外设特点：1.两个具有独立预分频器和比较器功能的8位定时器/计数器2.一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16位定时器/计数器3.具有独立振荡器的实时计数器RTC4.四通道PWM5.8路10位ADC6.8个单端通道7.TQFP封装的7个

7、差分通道8.2个具有可编程增益（1x,10x,或200x）的差分通道9.面向字节的两线接口10.两个可编程的串行USART11.可工作于主机/从机模式的SPI串行接口12.具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器13.片内模拟比较器•特殊的处理器特点：1.上电复位以及可编程的掉电检测2.片内经过标定的RC振荡器3.片内/片外中断源4.6种睡眠模式:空闲模式、ADC噪声抑制模式、省电模式、掉电模式、Standby模式以及扩展的Standby模式•I/O和封装–32个可编程的I/O口–40引脚PDIP封装,44引脚TQFP封装,与44引脚M

8、LF封装•工作电压:–ATmega16L：2.7-5.5V–ATmega16：4.5-5.5V•速度等级–0-8MHzATmega16L–0-16MHzATmega16•ATmega16L在1MHz,3V,25°C时的功