【正文】 目 錄1 引言 1 1 22 機械結(jié)構(gòu)與芯片簡介 3 3 5 6 7 8 133 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 16 程序語言及串口通訊 16 人機交互界面 17 基于無線的智能控制 19 無線發(fā)射模塊 19 無線接收模塊 234 結(jié)論 29參考文獻 30致 謝 31新型六足機器人1 引言本文六足機器人是一種基于仿生學原理研制開發(fā)的新型足式機器人。新型機器人比傳統(tǒng)的輪式機器人有更好的移動性，它采用類擬生物的爬行機構(gòu)進行運動,自動化程度高，具有豐富的動力學特性。此外，足式機器人相比其它機器人具有更多的優(yōu)點：它可以較易地跨過比較大的障礙（如溝、坎等），并且機器人足所具有的大量的自由度可以使機器人的運動更加靈活，對凹凸不平的地形的適應能力更強；足式機器人的立足點是離散的，跟地面的接觸面積較小，因而可以在可達到的地面上選擇最優(yōu)支撐點，即使在表面極度不規(guī)則的情況下，通過嚴格選擇足的支撐點，也能夠行走自如。 因此，足式步行機器人的研究已成為機器人學中一個引人注目的研究領(lǐng)域，由于六足機器人強大的運動能力，可以提供給運動學、仿生學和機械構(gòu)造原理研究有力的工具[1]。在研究昆蟲運動方式、關(guān)節(jié)承力、穩(wěn)定姿態(tài)調(diào)整的過程中，可以運用本機器人對設(shè)想的蟲體姿態(tài)、運動過程進行模擬，最大程度地接近真實，將理論和實踐聯(lián)系起來，從而更好地觀察昆蟲運動模式的優(yōu)點，以及探究哪些現(xiàn)象能夠運用到機械設(shè)計的實踐中去。這對于以上學科的研究和探索都是十分有意義的。當然，我們還可以作為教學器械，通過研究昆蟲爬行時各腳的運動情況，用機械形式表達出來，也可以作為仿生玩具及探險、搜救設(shè)備，還可以進入細小管道、地洞中勘察。 在研究了昆蟲步態(tài)的基礎(chǔ)上，運用仿生原理，本文借鑒相關(guān)資料，使用一種六足機器人機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的新思路，制作了基于這種設(shè)計思路的機器人。相信該機器人可以實現(xiàn)直線運動與轉(zhuǎn)向運動的合理、有效結(jié)合，轉(zhuǎn)向角度、角速度可控，直線行進步距、速度可調(diào)，行動靈活可靠。近年來為實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，已有不少操作機器人廣泛應用于生產(chǎn)過程，尤其是那些人力所限和人所不及的環(huán)境或危險場所，將是機器人進一步發(fā)展的應用領(lǐng)域。日前，美軍的蜂鳴機器人(MiniDrohne)在巴基斯坦擊斃了一名恐怖分子嫌疑人。在未來，這種昆蟲型機器人有望成為戰(zhàn)場上的主角。在美國，軍事科技研究一般擁有數(shù)億美元的巨資作為后盾。美國國防部高級研究計劃局(DARPA)常為各個大學和自由經(jīng)濟體的科研項目慷慨解囊。軍方亦擁有獨立的大型研究實驗室，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)斗機器人、自動汽車、植入電腦芯片的動物等等令人聯(lián)想起扣人心弦的科幻電影——這一切都有可能在未來的高科技戰(zhàn)場上大顯身手。目前，多足仿生機器人的研究基本上是基于模仿自然界中昆蟲的運動步態(tài)（如螞蟻）來設(shè)計的，通常都會選擇周期規(guī)則步態(tài)作為仿生多足機器人的步態(tài)規(guī)劃依據(jù)。雖然該類多足仿生機器人的腳具有較大的自由度，但是其控制起來較為煩瑣，并且不能精確的定位。上海交通大學測控技術(shù)與儀器系的張濤、顏國正等學者在2006年提出一種微型的六足機器人新結(jié)構(gòu)[2]。 機器人結(jié)構(gòu)示意圖機器人模仿昆蟲爬行的腳的運動方式，將6只足分為兩組，每組3個等邊分布在外接圓半徑為R的正三角形3個頂點上，機器人在行走過程中，兩組足交替支撐。兩組足中的任一組三足可獨立支撐起整個機器人身體，機器人重心始終落在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有傾覆的危險。機器人具有獨立的直行和轉(zhuǎn)彎機制，二者可在各自的允許范圍內(nèi)以任意方式結(jié)合，這就使得機器人的爬行十分靈活。本文在此基礎(chǔ)上獨立設(shè)計和加工微型機器人的結(jié)構(gòu)：部件A、B組足由特殊的驅(qū)動器接成機器人主體，并且以單片機為核心設(shè)計機器人的控制電路，實現(xiàn)了機器人的無限遙控、智能行走[3]。2 機械結(jié)構(gòu)與芯片簡介。 其中6分別為轉(zhuǎn)動、豎直、水平驅(qū)動舵機，只要控制這三個舵機就可以控制上板和下板相對上下、前后、水平面轉(zhuǎn)動。1—上板2—轉(zhuǎn)動舵機3—豎直移動排齒4—豎直移動舵機和齒輪5—水平移動排齒 6—水平移動舵機和齒輪7—下板8—上板足9—下板足10—水平定位齒輪 機器人機構(gòu)圖機器人6只足分別均分布在兩個等邊三角形的頂點上[4]。機器人在行走過程中，兩組足交替支撐。兩組足中的任一組三足可獨立支撐起整個機器人身體，機器人重心始終落在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有傾覆的危險。 機器人組合圖，通過上下兩組腳的相互運動就可以滿足機器人多方位移動的需要：即上下板前后相互交替著地實現(xiàn)前后運動；上下板以三角形中點為軸相互轉(zhuǎn)動交替著地實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎運動。 機器人水平移動示意圖 機器人轉(zhuǎn)動運動示意圖本文設(shè)計的微型六足爬行機器人采用了三個個舵機分別對直線驅(qū)動器、轉(zhuǎn)角驅(qū)動器以及垂直驅(qū)動器來進行精確控制。舵機是一種位置伺服的驅(qū)動器[5]。它接收一定的控制信號,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)。舵機定位精確、輸出力矩較大、尺寸滿足要求，作為本設(shè)計的力驅(qū)動部件十分理想。以日本FUTABAS3003型舵機為例, 型舵機的內(nèi)部電路。 FUTABAS3003 型舵機的內(nèi)部電路舵機的工作原理是：PWM信號由接收通道進入信號解調(diào)電路BA6688L的12腳進行解調(diào)，獲得一個直流偏置電壓。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。該輸出送入電機驅(qū)動集成電路BAL6686，以驅(qū)動電機正反轉(zhuǎn)。當電機轉(zhuǎn)速一定時，通過級聯(lián)減速齒輪帶動電位器Rw1旋轉(zhuǎn)，直到電壓差為0，利用占空比的變化改變舵機的位置。標準的舵機有3條導線，分別是：電源線、地線、控制線。電源線和地線用于提供舵機內(nèi)部的直流電機和控制線路所需的能源，電壓通常介于4～6 V ，一般取5 V，以便給舵機供電的電源應能提供足夠的功率[6]。控制線的輸入是一個寬度可調(diào)的周期性方波脈沖信號，方波脈沖信號的周期為20ms（即頻率為50Hz)。當方波的脈沖寬度改變時，舵機轉(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。 標準舵機示意圖 舵機的輸出軸轉(zhuǎn)角與輸入信號的脈沖寬度之間的關(guān)系綜合各方面考慮，選用的舵機為TOWERPRO，型號為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: 機器人實物圖 本文為實現(xiàn)機器人的無線控制，分別設(shè)計了無線發(fā)射模塊和無線接收模塊。無線發(fā)射模塊采用