【正文】 O 口 P3 的 和 兩位。串行 I/O 口有四種工作方式。在方式 1 中，定時(shí)器以 16 位方式進(jìn)行定時(shí)或計(jì)數(shù)；在方式 2 中，定時(shí)器的高 8 位用于存放初值，定時(shí)器的低 8 位用于定時(shí)計(jì)數(shù)，在計(jì)數(shù)產(chǎn)生溢出時(shí)，自動(dòng)把高 8聊城大學(xué)本科畢業(yè)論文xxxviii位內(nèi)容裝入低 8 位中去，又開(kāi)始對(duì)低 8 位計(jì)數(shù)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理8051 控制的伺服系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 47 所示。這個(gè)接口由083運(yùn)算放大器 U1 和 U2 組成。 的放大系數(shù)為 1，同時(shí)在它的負(fù)輸入端加上了1U2U 的參考電壓；所以，當(dāng) 輸出為 0V 時(shí)， ；當(dāng) 輸出為 5V121U時(shí)， 輸出為 +。單片機(jī)輸出的數(shù)字控制信號(hào)通過(guò) D/A 轉(zhuǎn)換器 0832 之后轉(zhuǎn)換成 0～5V 的模擬信號(hào)，再通過(guò)運(yùn)算放大器 U2 ～+ 模擬信號(hào)去控制 PWM 功率放大器。不過(guò)在寫(xiě) 0832 時(shí)，要執(zhí)行兩次寫(xiě)操作，因?yàn)樗鼉?nèi)部的兩個(gè)寄存器是不能同時(shí)接收外部數(shù)據(jù)的，而必須先由輸入寄存器接收，在由輸入寄存器傳送給 DAC 寄存器。聊城大學(xué)本科畢業(yè)論文xli由于控制機(jī)器人轉(zhuǎn)彎時(shí)轉(zhuǎn)彎急促程度的控制精度要求不高，為了節(jié)約單片機(jī)的 I/O 口，D/A 轉(zhuǎn)換器也可使用四位的轉(zhuǎn)換器。這個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)。圖 52 控制程序框圖Rv 可直接作為控制量 C，或按一定規(guī)律變換后作為控制量 C。給定值 是給定的角度，是機(jī)體轉(zhuǎn)彎的方向?e?R角的函數(shù)。故它是一個(gè)積分器，所以 的形式為：)(5sGS/1?是角度反饋傳遞函數(shù)。單片機(jī)再把控制量 C(n)送到 D/A 轉(zhuǎn)換器 0832 中去，把 C(n)值轉(zhuǎn)換成模擬量，再去控制PWM 功率放大器，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行角度控制。 控制器的離散化圖 53 所示系統(tǒng)中 C 之前的環(huán)節(jié)與控制器（單片機(jī)）直接相關(guān)，可稱(chēng)之為模擬控制器，可用下面式子表示： …………（56）)()()()( 21sGKsRs ?????其中，K θ θ(s)是角度位置反饋量。? 01/???是伺服電機(jī)的傳遞函數(shù)，具有如下形式：)(4sG)1/()(4?SKsGj?其中： 是靜態(tài)放大系數(shù)， （Φ 是電機(jī)每極總磁通，單位為韋GKeC??伯； 是常數(shù)， (P 是磁極對(duì)數(shù)，N 是電機(jī)繞組總數(shù)，a 是并聯(lián)支eCa60/e?路對(duì)數(shù))） ； 是機(jī)電時(shí)間常數(shù)， （J 是電機(jī)及負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；j? 22mCj eJR/π?聊城大學(xué)本科畢業(yè)論文xlivRa 是電樞電阻。 轉(zhuǎn)彎控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)彎控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖轉(zhuǎn)彎伺服控制系統(tǒng)每部電機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 53 所示。聊城大學(xué)本科畢業(yè)論文xlii 控制程序如上所述，單片機(jī) 8051 從主計(jì)算機(jī)接收給定速度值 RV，作為控制量 C，再把控制量 C 送到 D/A 轉(zhuǎn)換器 0832 中去，把 C 值轉(zhuǎn)換成模擬量，再去控制 PWM 功率放大器，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行角度控制。光電編碼器輸出的 8 位數(shù)據(jù)從 8051 的 P1 端口輸入。由于 VREF =5V，所以 輸出的電壓時(shí) 0～ 5V。①. 控制量輸出接口控制量輸出接口也就是單片機(jī)和 PWM 功率放大器的接口。1. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理轉(zhuǎn)彎控制伺服系統(tǒng)中有三部電機(jī)，每部電機(jī)伺服系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)均與圖 48所示相同只需改變 8051 的端口，如果 8051 的端口資源不足，可用 8255 芯片進(jìn)行擴(kuò)展。在圖 47 所示系統(tǒng)中，0832 接成電流開(kāi)關(guān)方式工作狀態(tài)，故轉(zhuǎn)換的結(jié)果是電流量。PWM 功率放大器由三角波發(fā)生器、比較器以及橋式開(kāi)關(guān)功率放大電路組成。 行走機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)在機(jī)器人系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)中，確定了本課題所設(shè)計(jì)的機(jī)器人控制系統(tǒng)為二級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，由主計(jì)算機(jī)完成智能控制功能，從計(jì)算機(jī)產(chǎn)生行走控制信號(hào)（行走控制子系統(tǒng)） 。方式 3 和方式 2基本一樣，只是在方式 3 中，波特率可改變。方式 2 時(shí)，數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)發(fā)送用 TXD 端，接收用 RXD 端；數(shù)據(jù)傳輸格式用 11 位，格式與方式 1 類(lèi)同，只是在數(shù)據(jù)位后多了一個(gè)編程位；傳送波特率選定在振蕩頻率的 1/32 獲 1/64 處。P1是一個(gè)純 I/O 口，他只用于數(shù)據(jù)的輸入輸出。它主要包括有 ALU 部件、定時(shí)和控制部件、并行 I/O 接口、串行 I/O 接口、定時(shí)器部件、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等七個(gè)部分。轉(zhuǎn)彎伺服系統(tǒng)使用的絕對(duì)型編碼器選用 ROC408,其外形尺寸如圖 41：圖 41 其技術(shù)參數(shù)如下：? 脈沖數(shù)：2 8 =256P/R? 絕對(duì)測(cè)量步距角（近似）：? 分辨率（近似）：177。（2）第一萬(wàn)向節(jié)從動(dòng)叉的平面與第二萬(wàn)向節(jié)主動(dòng)叉的平面處于同一個(gè)平面中（本條的實(shí)現(xiàn)完全可以由傳動(dòng)軸和萬(wàn)向節(jié)叉的正確裝配來(lái)保證） 。選擇軸承時(shí)，通常都是從軸承的有效空間、承載能力、速度特性、調(diào)心性質(zhì)、運(yùn)轉(zhuǎn)精度和疲勞壽命等方面進(jìn)行綜合考慮。查參考文獻(xiàn)【14】可得 30SZWT 型永磁直流穩(wěn)速電動(dòng)機(jī)滿(mǎn)足要求，其技術(shù)性能數(shù)據(jù)如下功率： W電壓：26 V電流：≤ A轉(zhuǎn)速：9000177。由于行走機(jī)構(gòu)在支撐相中足端水平運(yùn)動(dòng)，行走過(guò)程機(jī)器人機(jī)體水平勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，因此理論上在水平地面上行走不消耗能量，因此，依據(jù)運(yùn)動(dòng)消耗功率來(lái)確定電機(jī)容量不太可行。聊城大學(xué)本科畢業(yè)論文xxx電機(jī)的工作狀況。首先必須考慮電機(jī)能夠提供負(fù)載所需的瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，此外，其他方面的諸多因素也需要加以考慮。 腱機(jī)構(gòu)圖 316 腱機(jī)構(gòu)的原理圖如圖 316 所示，腱的工作原理為：腱的兩端的端套與機(jī)體連接，固定不動(dòng)；管套是根橡膠管，可任意彎曲；筋是根鋼絲，筋可以在管套中自由移動(dòng)；筋的一端的移動(dòng)必然引起另一端的移動(dòng) 若不考慮鋼絲的彈性，則稱(chēng)為“剛性腱” ；若考慮鋼絲的彈性，稱(chēng)為“彈性腱” 。則內(nèi)側(cè)與外側(cè)步長(zhǎng)之比為: 12SRaB????………………………………………………(6)其中， S1為外側(cè)腳步長(zhǎng)；S2為內(nèi)側(cè)腳步長(zhǎng)。由微分幾何得知，以 為參數(shù)的曲線(xiàn)族的包絡(luò)線(xiàn)方程為：圖 39 主凸輪的輪廓圖 其中：f (X, Y, )=0 是曲線(xiàn) 族的方程，X、Y 是包絡(luò)線(xiàn)上的點(diǎn)的直角坐標(biāo)值。其中，步長(zhǎng) S 是正常行走時(shí)的尺寸，轉(zhuǎn)彎或遇到非常狀態(tài)時(shí)，步長(zhǎng)應(yīng)是可變的。電氣控制即利用伺服電機(jī)作為執(zhí)行裝置，由控制器（如單片機(jī)）按照控制函數(shù)對(duì)應(yīng)的控制算法，產(chǎn)生控制信號(hào)。運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解問(wèn)題本來(lái)極為cXY13復(fù)雜，但經(jīng)過(guò)上述化簡(jiǎn)后，在如圖 33(b)所示極坐標(biāo)系（ r, φ ）中利用解析幾何及平面幾何的知識(shí)，可得： 39。對(duì)圖 33 所示的機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，可知只需知道 、 及 的函數(shù)，即可對(duì)足端 C 的空間位置1?23進(jìn)行控制， 、 及 的函數(shù)即為控制函數(shù) 。6. 按要求 1～5 設(shè)計(jì)的機(jī)器人的四條腿的協(xié)調(diào)動(dòng)作順序應(yīng)遵循對(duì)角線(xiàn)原則，先后動(dòng)作的兩條腿的相位相差 π/2。在每一時(shí)刻，至少有三條腿著地，支撐著機(jī)體，即最多只有一條腿抬起，腳掌離地。 腿機(jī)構(gòu)的基本要求從運(yùn)動(dòng)角度出發(fā)，在行走過(guò)程中，一般要求處于支撐狀態(tài)的足端（貼在地面的足端）相對(duì)于機(jī)身走直線(xiàn)軌跡，這樣才不至于因機(jī)身重心上下波動(dòng)而消耗不必要的能量，同時(shí)有利于各支撐足驅(qū)動(dòng)時(shí)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)和機(jī)身姿態(tài)的控制。 機(jī)械結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)對(duì)于行走機(jī)器人來(lái)說(shuō)，總體機(jī)械結(jié)構(gòu)可分為三大部分：行走機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)構(gòu)、動(dòng)力傳輸機(jī)構(gòu)（伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)） 。開(kāi)鏈結(jié)構(gòu)使得機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)分析和靜力分析復(fù)雜化，兩相鄰連桿坐標(biāo)系之間的位姿關(guān)系、手臂末端操作器的位姿與各關(guān)節(jié)變量之間的關(guān)系、末端操作器上的受力和各關(guān)節(jié)力矩（或力）之間的關(guān)系等，均不是一般機(jī)構(gòu)分析方法能解決得了的，而要建立一套針對(duì)空間開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)的特殊的運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)分析方法。本課題中使用了直流伺服電機(jī)作為動(dòng)力裝置，12V 蓄電池為系統(tǒng)提供能量；也使用了齒輪副作為二級(jí)、三級(jí)減速；使用了一種三自由度的平面關(guān)節(jié)式腿機(jī)構(gòu)作為行走機(jī)構(gòu)；轉(zhuǎn)彎功能通過(guò)一種脊柱機(jī)構(gòu)完成。廣義的移動(dòng)環(huán)境包括氣體環(huán)境、液體環(huán)境、固體環(huán)境和混合環(huán)境。計(jì)算機(jī)通過(guò)軌跡規(guī)劃，得到空間軌跡在各采樣時(shí)刻的數(shù)據(jù)，通過(guò)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算把空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)楦麝P(guān)節(jié)的指令值。聊城大學(xué)本科畢業(yè)論文vii本課題所設(shè)計(jì)的機(jī)器人的腿機(jī)構(gòu)技術(shù)性能如下：腿機(jī)構(gòu)的自由度：3 個(gè)機(jī)構(gòu)所含的運(yùn)動(dòng)副：轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副在支撐相 ①中，足端相對(duì)于機(jī)身運(yùn)動(dòng)狀況：理論上絕對(duì)水平勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)支撐相相位角：3π/2懸空相 ①相位角：π/2機(jī)構(gòu)的外形：具有哺乳動(dòng)物腿的外形本課題所設(shè)計(jì)的機(jī)器人技術(shù)性能如下：外形尺寸：895 *808*322? 電源：12V 鎘鎳堿性蓄電池? 運(yùn)動(dòng)形式：可前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)? 步距：150mm（正常前進(jìn)時(shí)）? 步行速度：可變? 智能水平：無(wú)(待開(kāi)發(fā))? 負(fù)載：無(wú) 機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述 機(jī)器人基本上是由機(jī)械本體結(jié)構(gòu)、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、通信接口等部分組成。因此，必須進(jìn)行行走步態(tài)、重心轉(zhuǎn)移、移動(dòng)導(dǎo)向、穩(wěn)定步行等仿生問(wèn)題的研究。人工智能是在 20 世紀(jì) 50 年代后半期，即電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展已具備各種復(fù)雜工作能力是形成的。但其步行速度較慢，極限步速僅為 ；另外，其負(fù)重能力有限，故在實(shí)際作業(yè)時(shí)實(shí)用性較差。它能以不同步態(tài)在惡劣的地形上攀爬，可以負(fù)載高達(dá)52KG 的重量，爬升斜坡可達(dá) 35176。它的腳底部由形狀記憶合金組成，可自動(dòng)檢測(cè)與地面接觸的狀態(tài)姿態(tài)傳感器和姿態(tài)控制系統(tǒng)根據(jù)傳感信息做出的控制決策，實(shí)現(xiàn)在不平整地面的自適應(yīng)靜態(tài)步行。本文介紹了國(guó)內(nèi)外在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、步態(tài)、控制等方面已經(jīng)取得的進(jìn)展，并分析了其中的關(guān)鍵技術(shù)。佩克（Karel Capek）在其幻想情節(jié)劇《羅沙姆的萬(wàn)能機(jī)器人》中描述了一個(gè)名為 的工廠(chǎng)，將人類(lèi)從繁重而乏味的工作中解放出來(lái)，制造出一種與人類(lèi)相似，但能不知疲倦工作的機(jī)器奴仆，取名ROBOTA。關(guān)鍵詞：四足機(jī)器人；行走機(jī)構(gòu)；凸輪驅(qū)動(dòng)；控制系統(tǒng)；三維設(shè)計(jì)AbstractQuadruped robot as one of biomimetic robots, has been extensively studied. Travel agencies and institutions is a quadruped robot turning the key, At the present, servo motor is installed in the leg joints of the most travel agencies, increasing the weight of the robot and the difficulty of the control system strategy . And most of the robot is a rigid body as a whole, and the research of the turning institutions is not fully studied . For this purpose, the project will take fourlegged robot whole body as a flexible rigid body, and threedimensional modeling software Pro/ is used for designing quadruped robot mechanical systems, a new travel agency based on cam control drive is proposed , a kind of leg mechanism and control of the corresponding cam drive mechanism is designed, and a flexible turning institution is preliminary designed. Based on this work, the control system of the robot was designed. Especially, control systems of the stepped mechanism and the wheel mechanism were analyzed detailed.聊城大學(xué)本科畢業(yè)論文iKey words: quadruped robot。并且，機(jī)器人本體大多是一個(gè)剛性整體，轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)構(gòu)研究不足。目 錄 ...........................................................................................................1 機(jī)器人及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展 ........................................1 國(guó)內(nèi)外四足行走機(jī)器人得研究概況 ..................................2 機(jī)器人學(xué)主要涉及的學(xué)科內(nèi)容 ......................................4 課題簡(jiǎn)介 .......................................................5 ...............................................................................6 機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述 ..............................................6 四足機(jī)器人研發(fā)流程 ...