【正文】 目 錄1 引言 1 1 22 機(jī)械結(jié)構(gòu)與芯片簡(jiǎn)介 3 3 5 6 7 8 133 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16 程序語(yǔ)言及串口通訊 16 人機(jī)交互界面 17 基于無(wú)線的智能控制 19 無(wú)線發(fā)射模塊 19 無(wú)線接收模塊 234 結(jié)論 29參考文獻(xiàn) 30致 謝 31新型六足機(jī)器人1 引言本文六足機(jī)器人是一種基于仿生學(xué)原理研制開(kāi)發(fā)的新型足式機(jī)器人。新型機(jī)器人比傳統(tǒng)的輪式機(jī)器人有更好的移動(dòng)性，它采用類擬生物的爬行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng),自動(dòng)化程度高，具有豐富的動(dòng)力學(xué)特性。此外，足式機(jī)器人相比其它機(jī)器人具有更多的優(yōu)點(diǎn)：它可以較易地跨過(guò)比較大的障礙（如溝、坎等），并且機(jī)器人足所具有的大量的自由度可以使機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)更加靈活，對(duì)凹凸不平的地形的適應(yīng)能力更強(qiáng)；足式機(jī)器人的立足點(diǎn)是離散的，跟地面的接觸面積較小，因而可以在可達(dá)到的地面上選擇最優(yōu)支撐點(diǎn)，即使在表面極度不規(guī)則的情況下，通過(guò)嚴(yán)格選擇足的支撐點(diǎn)，也能夠行走自如。 因此，足式步行機(jī)器人的研究已成為機(jī)器人學(xué)中一個(gè)引人注目的研究領(lǐng)域，由于六足機(jī)器人強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)能力，可以提供給運(yùn)動(dòng)學(xué)、仿生學(xué)和機(jī)械構(gòu)造原理研究有力的工具[1]。在研究昆蟲(chóng)運(yùn)動(dòng)方式、關(guān)節(jié)承力、穩(wěn)定姿態(tài)調(diào)整的過(guò)程中，可以運(yùn)用本機(jī)器人對(duì)設(shè)想的蟲(chóng)體姿態(tài)、運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行模擬，最大程度地接近真實(shí)，將理論和實(shí)踐聯(lián)系起來(lái)，從而更好地觀察昆蟲(chóng)運(yùn)動(dòng)模式的優(yōu)點(diǎn)，以及探究哪些現(xiàn)象能夠運(yùn)用到機(jī)械設(shè)計(jì)的實(shí)踐中去。這對(duì)于以上學(xué)科的研究和探索都是十分有意義的。當(dāng)然，我們還可以作為教學(xué)器械，通過(guò)研究昆蟲(chóng)爬行時(shí)各腳的運(yùn)動(dòng)情況，用機(jī)械形式表達(dá)出來(lái)，也可以作為仿生玩具及探險(xiǎn)、搜救設(shè)備，還可以進(jìn)入細(xì)小管道、地洞中勘察。 在研究了昆蟲(chóng)步態(tài)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用仿生原理，本文借鑒相關(guān)資料，使用一種六足機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新思路，制作了基于這種設(shè)計(jì)思路的機(jī)器人。相信該機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)與轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)的合理、有效結(jié)合，轉(zhuǎn)向角度、角速度可控，直線行進(jìn)步距、速度可調(diào)，行動(dòng)靈活可靠。近年來(lái)為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，已有不少操作機(jī)器人廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程，尤其是那些人力所限和人所不及的環(huán)境或危險(xiǎn)場(chǎng)所，將是機(jī)器人進(jìn)一步發(fā)展的應(yīng)用領(lǐng)域。日前，美軍的蜂鳴機(jī)器人(MiniDrohne)在巴基斯坦擊斃了一名恐怖分子嫌疑人。在未來(lái)，這種昆蟲(chóng)型機(jī)器人有望成為戰(zhàn)場(chǎng)上的主角。在美國(guó)，軍事科技研究一般擁有數(shù)億美元的巨資作為后盾。美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)常為各個(gè)大學(xué)和自由經(jīng)濟(jì)體的科研項(xiàng)目慷慨解囊。軍方亦擁有獨(dú)立的大型研究實(shí)驗(yàn)室，然而其大部分研究成果從未公之于眾。盡管如此，目前披露的成果也足以令人驚嘆不已，智能型戰(zhàn)斗機(jī)器人、自動(dòng)汽車、植入電腦芯片的動(dòng)物等等令人聯(lián)想起扣人心弦的科幻電影——這一切都有可能在未來(lái)的高科技戰(zhàn)場(chǎng)上大顯身手。目前，多足仿生機(jī)器人的研究基本上是基于模仿自然界中昆蟲(chóng)的運(yùn)動(dòng)步態(tài)（如螞蟻）來(lái)設(shè)計(jì)的，通常都會(huì)選擇周期規(guī)則步態(tài)作為仿生多足機(jī)器人的步態(tài)規(guī)劃依據(jù)。雖然該類多足仿生機(jī)器人的腳具有較大的自由度，但是其控制起來(lái)較為煩瑣，并且不能精確的定位。上海交通大學(xué)測(cè)控技術(shù)與儀器系的張濤、顏國(guó)正等學(xué)者在2006年提出一種微型的六足機(jī)器人新結(jié)構(gòu)[2]。 機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖機(jī)器人模仿昆蟲(chóng)爬行的腳的運(yùn)動(dòng)方式，將6只足分為兩組，每組3個(gè)等邊分布在外接圓半徑為R的正三角形3個(gè)頂點(diǎn)上，機(jī)器人在行走過(guò)程中，兩組足交替支撐。兩組足中的任一組三足可獨(dú)立支撐起整個(gè)機(jī)器人身體，機(jī)器人重心始終落在A組或B組三足的三角形區(qū)域內(nèi)，因此在平面爬行中沒(méi)有傾覆的危險(xiǎn)。機(jī)器人具有獨(dú)立的直行和轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)制，二者可在各自的允許范圍內(nèi)以任意方式結(jié)合，這就使得機(jī)器人的爬行十分靈活。本文在此基礎(chǔ)上獨(dú)立設(shè)計(jì)和加工微型機(jī)器人的結(jié)構(gòu)：部件A、B組足由特殊的驅(qū)動(dòng)器接成機(jī)器人主體，并且以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)機(jī)器人的控制電路，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的無(wú)限遙控、智能行走[3]。2 機(jī)械結(jié)構(gòu)與芯片簡(jiǎn)介。 其中6分別為轉(zhuǎn)動(dòng)、豎直、水平驅(qū)動(dòng)舵機(jī)，只要控制這三個(gè)舵機(jī)就可以控制上板和下板相對(duì)上下、前后、水平面轉(zhuǎn)動(dòng)。1—上板2—轉(zhuǎn)動(dòng)舵機(jī)3—豎直移動(dòng)排齒4—豎直移動(dòng)舵機(jī)和齒輪5—水平移動(dòng)排齒 6—水平移動(dòng)舵機(jī)和齒輪7—下板8—上板足9—下板足10—水平定位齒輪 機(jī)器人機(jī)構(gòu)圖機(jī)器人6只足分別均分布在兩個(gè)等邊三角形的頂點(diǎn)上[4]。機(jī)器人在行走過(guò)程中，兩組足交替支撐。兩組足中的任一組三足可獨(dú)立支撐起整個(gè)機(jī)器人身體，機(jī)器人重心始終落在A組或B組三足的三角形區(qū)域內(nèi)，因此在平面爬行中沒(méi)有傾覆的危險(xiǎn)。 機(jī)器人組合圖，通過(guò)上下兩組腳的相互運(yùn)動(dòng)就可以滿足機(jī)器人多方位移動(dòng)的需要：即上下板前后相互交替著地實(shí)現(xiàn)前后運(yùn)動(dòng)；上下板以三角形中點(diǎn)為軸相互轉(zhuǎn)動(dòng)交替著地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)。 機(jī)器人水平移動(dòng)示意圖 機(jī)器人轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)示意圖本文設(shè)計(jì)的微型六足爬行機(jī)器人采用了三個(gè)個(gè)舵機(jī)分別對(duì)直線驅(qū)動(dòng)器、轉(zhuǎn)角驅(qū)動(dòng)器以及垂直驅(qū)動(dòng)器來(lái)進(jìn)行精確控制。舵機(jī)是一種位置伺服的驅(qū)動(dòng)器[5]。它接收一定的控制信號(hào),輸出一定的角度,適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng)。舵機(jī)定位精確、輸出力矩較大、尺寸滿足要求，作為本設(shè)計(jì)的力驅(qū)動(dòng)部件十分理想。以日本FUTABAS3003型舵機(jī)為例, 型舵機(jī)的內(nèi)部電路。 FUTABAS3003 型舵機(jī)的內(nèi)部電路舵機(jī)的工作原理是：PWM信號(hào)由接收通道進(jìn)入信號(hào)解調(diào)電路BA6688L的12腳進(jìn)行解調(diào)，獲得一個(gè)直流偏置電壓。該直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差由BA6688的3腳輸出。該輸出送入電機(jī)驅(qū)動(dòng)集成電路BAL6686，以驅(qū)動(dòng)電機(jī)正反轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，通過(guò)級(jí)聯(lián)減速齒輪帶動(dòng)電位器Rw1旋轉(zhuǎn)，直到電壓差為0，利用占空比的變化改變舵機(jī)的位置。標(biāo)準(zhǔn)的舵機(jī)有3條導(dǎo)線，分別是：電源線、地線、控制線。電源線和地線用于提供舵機(jī)內(nèi)部的直流電機(jī)和控制線路所需的能源，電壓通常介于4～6 V ，一般取5 V，以便給舵機(jī)供電的電源應(yīng)能提供足夠的功率[6]?？刂凭€的輸入是一個(gè)寬度可調(diào)的周期性方波脈沖信號(hào)，方波脈沖信號(hào)的周期為20ms（即頻率為50Hz)。當(dāng)方波的脈沖寬度改變時(shí)，舵機(jī)轉(zhuǎn)軸的角度發(fā)生改變，角度變化與脈沖寬度的變化成正比。 標(biāo)準(zhǔn)舵機(jī)示意圖 舵機(jī)的輸出軸轉(zhuǎn)角與輸入信號(hào)的脈沖寬度之間的關(guān)系綜合各方面考慮，選用的舵機(jī)為TOWERPRO，型號(hào)為SG90。其主要技術(shù)參數(shù)如下：外形尺寸：22**27mm重 量：9g參 數(shù)：()堵轉(zhuǎn)扭矩：()使用溫度: 30攝氏度+60攝氏度使用電壓：46V死區(qū)電壓: 機(jī)器人實(shí)物圖 本文為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的無(wú)線控制，分別設(shè)計(jì)了無(wú)線發(fā)射模塊和無(wú)線接收模塊。無(wú)線發(fā)射模塊采用