【正文】 the dog */ } for(i=1。 /*通道 1，脈寬為 */ TPM1C2SC=0X28。 /*通道 5，脈寬為 */ __RESET_WATCHDOG()。 /*通道 2，脈寬為 */ TPM1C3SC=0X28。i++) { /*左腳前進(jìn)，右腳不動(dòng) */ TPM1SC=0X0E。 /*通道 3，邊緣 PWM，設(shè)置比較輸出 */ TPM1C3V=0X5E。 /*中斷允許，內(nèi)部總線(xiàn)頻率， 64 分屏 */ TPM1MOD=1187。 /*通道 4，邊緣 PWM，設(shè)置比較輸出 */ TPM1C4V=0X5E。 /*通道 0，邊緣 PWM，設(shè)置比較輸出 */ TPM1C0V=0X5E。 EnableInterrupts。 /*通道 3，脈寬為 */ TPM1C4SC=0X28。/* feeds the dog */ } for(i=1。 /*通道 3，邊緣 PWM，設(shè)置比較輸出 */ TPM1C2V=0X50。 /*通道 1，脈寬為 **MS*/ __RESET_WATCHDOG()。 /*通道 1，脈寬為 */ TPM1C2SC=0X28。 /*通道 1，邊緣 PWM，設(shè)置比較輸出 */ TPM2C0V=0X5E。 /*通道 1，邊緣 PWM，設(shè)置比較輸出 */ TPM1C0V=0X5E。 EnableInterrupts。 /* feeds the dog */ } for(i=1。 /*選第三個(gè) 373*/ for(。 /*通道 4，脈寬為 */ TPM1C5SC=0X28。 /*通道 0，脈寬為 */ TPM1C1SC=0X28。在創(chuàng)新設(shè)計(jì)期間我一直堅(jiān)持著這個(gè)信念。 在創(chuàng)新設(shè)計(jì)之初，我對(duì)機(jī)器人的控制是一點(diǎn)頭緒都沒(méi)有的，我甚至連機(jī)器人控制的原理都不清楚。 27 個(gè)人總結(jié) 一個(gè)月的創(chuàng)新設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)眼間已要結(jié)束。初步建立起了一臺(tái)低成本的小型仿人雙足機(jī)器人研究平臺(tái)。 整機(jī)調(diào)試 整機(jī)調(diào)試是同時(shí)控制多個(gè)舵機(jī)動(dòng)作，檢查硬件線(xiàn)路和運(yùn)動(dòng)控制模塊及觸摸感應(yīng)模塊是否存在短路或錯(cuò)接等情況，以免影 響對(duì)機(jī)器人的動(dòng)作控制效果。其引腳接線(xiàn)圖如圖 52所示： 圖 51 人與電極形成回路示意圖 圖 52 MPR084的引腳接線(xiàn)圖 23 觸摸感應(yīng)模塊原理 為使仿人型雙足步行機(jī)器人 更加人性化，給機(jī)器人加以觸摸感應(yīng)的功能。 /*周期為 20MS*/ TPM1MODL=0XA3。} While (PTAD_PTAD4) /* 判斷 A4口是否接受到高電平 */ {walk()。 74LS373 的輸出端分別接到相應(yīng)的舵機(jī)控制信號(hào)線(xiàn)上。 當(dāng)三態(tài)允許控制端 OE 為低電 18 平時(shí)， O0~O7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總 線(xiàn)。所以合理使用預(yù)置計(jì)數(shù)功能可以得到精確的可軟件設(shè)定的溢出時(shí)間。 S08AC 微控制器采用 8位 S08CPU，片內(nèi)總線(xiàn)時(shí)鐘頻率最高可達(dá) 20Hz；片內(nèi)資源包括 2KBRAM,約 62KB Flash；串行接口模塊（ SCI,SPI 和 IIC）；兩個(gè)可選的定時(shí)模塊（ TPM）；并可選擇寬范圍時(shí)鐘頻率；還提供一個(gè) 8 位 /10 位精度的模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC),并支持后臺(tái)調(diào)試模式 BDM。遇到磨損嚴(yán)重或電阻面欠光滑的情況，如果用棉花團(tuán)擦磨仍不能解決問(wèn)題的話(huà)，可以用少許鉛筆芯粉進(jìn)行擦磨。對(duì)于舵機(jī)來(lái)說(shuō)電位器是十分重要的。由于電源電壓波動(dòng)，輸出波形失常，引起舵機(jī)抖動(dòng)。 參考電壓 定時(shí)電容 定時(shí)電阻 外部 PNP晶體管驅(qū)動(dòng) 1 （信號(hào)）輸入 （控制） 1 輸出 接地 接地 錯(cuò)誤脈沖輸出 （控制） 2 輸出 反饋輸入 外部 PNP晶體管驅(qū)動(dòng) 2 調(diào)制電壓輸出 電源 圖 34 M51660引腳圖 M51660 內(nèi)部嵌有電壓調(diào)節(jié)電路和有差分比較器的比較電路，使 M51600 有非常穩(wěn)的電壓波動(dòng)特性和溫度變化特性。舵機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 33所示。電壓差的正負(fù)輸出驅(qū)動(dòng)芯片 決定電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。易與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相連接、精度高、安全性好、維修方便，目前的兩足步行機(jī)器人大都選用這種方式。 站立與招手 站立動(dòng)作比較簡(jiǎn)單，機(jī)器人本體具有一定的穩(wěn)定性能，而且站立動(dòng)作是靜止的，所以也不用考慮重心的移動(dòng)等問(wèn)題。其結(jié)構(gòu)如圖 21所示 ： 圖 21 本課題仿人型雙足步行機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)圖 7 圖 22為本設(shè)計(jì)機(jī)器人樣機(jī)的 CAD 主、左、后視圖。 觸摸感應(yīng)模塊采用觸摸式電場(chǎng)傳感器作為機(jī)器人與外界的聯(lián)系橋梁，其控制器采用的是飛思卡爾公司生產(chǎn)的 MPR084。在研究機(jī)器人的過(guò)程中，往往還會(huì)產(chǎn)生許多新的研究領(lǐng)域和研究命題，這就極大地促進(jìn)了新興學(xué)科 的發(fā)展。 此外，“匯童”還能夠感知自身的平衡狀態(tài)及地面高度變化，實(shí)現(xiàn)了前進(jìn)、后退、側(cè)行、轉(zhuǎn)彎、上下臺(tái)階及未知地面情況下的穩(wěn)定行走。 P2的問(wèn)世將雙足步行機(jī)器人的研究工作推向了高潮 ,使本田公司在此領(lǐng)域處于世界絕對(duì)領(lǐng)先的地位， P2 的外觀(guān) 圖如圖 11 所示。 1968 年美國(guó)通用電氣公司試制了一臺(tái)叫 “Rig” 的操縱型雙足步行機(jī)器人機(jī)械，從而揭開(kāi)了仿人機(jī)器人研制的序幕。 檢測(cè)裝置的作用是實(shí)時(shí)檢測(cè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)及工作情況，根據(jù)需要反饋給控制系統(tǒng)，與設(shè)定信息進(jìn)行比較后，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，以保證機(jī)器人的動(dòng)作符合預(yù) 定的要求。目前在工業(yè)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)甚至軍事等領(lǐng)域中均有重要用途。本設(shè)計(jì)采用基于 MC9S08AC60 和MCF51JM128 MCU 的機(jī)電一體化技術(shù)，研制低成本的機(jī)構(gòu)與動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模塊和 MCU 控制模塊及觸摸感應(yīng)模塊。 本課題主要研究基于人體行為的小型雙足步行機(jī)器人機(jī)構(gòu)及其控制，研制一臺(tái)低成本的大學(xué)智能小型雙足 步行機(jī)器人原理樣機(jī)?？梢哉f(shuō)是高級(jí)整合控制論、機(jī)械電子、計(jì)算機(jī)、材料和仿生學(xué)的產(chǎn)物。出于擬人化的考慮，常將機(jī)器人本體的有關(guān)部位分別稱(chēng)為基座、腰部、臂部、腕部、手部和行走部等。早在 60 年代末人類(lèi)就開(kāi)始仿人機(jī)器人的研究。 P2 型機(jī)器人通過(guò)重力感應(yīng)器和腳底的觸覺(jué)感應(yīng)器把地面的信息傳給機(jī)器人的大腦 (電腦 )，機(jī)器人電腦再根據(jù)情況進(jìn)行判斷 ,進(jìn)而平衡身體 ,穩(wěn)步前進(jìn)。 “匯童”突破了仿人機(jī)器人的復(fù)雜動(dòng)作設(shè)計(jì)技術(shù)，在國(guó)際上率先實(shí)現(xiàn)了模仿人類(lèi)復(fù)雜動(dòng)作的突破。 對(duì)機(jī)器人的研究使得在機(jī)器人學(xué)中所用到的基礎(chǔ)技術(shù)科學(xué)得到充分的應(yīng)用和進(jìn)一步的發(fā)展。MC9S08AC60 微控制器內(nèi)部有兩個(gè)定時(shí)器，一共 8個(gè) PWM 通道 ,設(shè)計(jì)采用三個(gè) 74LS373來(lái)對(duì) PWM 通道進(jìn)行擴(kuò)展，以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人身上 19個(gè)舵機(jī)的控制。機(jī)器人樣機(jī)總高 307mm，臂長(zhǎng) 161mm，腿長(zhǎng)158mm，上身長(zhǎng) 119mm，總重 1000g。機(jī)器人步行的穩(wěn)定性問(wèn)題是運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的關(guān)鍵問(wèn)題，在雙足步行機(jī)器人穩(wěn)定性的研究和分析中，有兩個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量穩(wěn)定性，一個(gè)是重心，另外一個(gè)是零力矩點(diǎn) ZMP。電機(jī)驅(qū)動(dòng)成本低、實(shí)現(xiàn)容易、控制方便 。它內(nèi)部有一個(gè)基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生一個(gè)周期信號(hào)，將獲得的直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差輸出。單片機(jī)完成控制算法，再將計(jì)算結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為 PWM 信號(hào)輸出到舵機(jī)由于單片機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)，其控制信號(hào)的變化依靠硬件技術(shù)，所以受外界干擾較小，整個(gè)系統(tǒng)控制可靠性較高。其引腳圖如圖 34 所示。 舵機(jī)在使用的時(shí)候經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)的現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)長(zhǎng) 時(shí)間的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)是由一下原因造成的： (1) 因電源電壓不足或電源容量過(guò)小造成的。 (2) 還有很大一部分抖舵現(xiàn)象是因電位器內(nèi)部接觸不良或電阻碳膜面磨損造成的。在操作過(guò)程中一定要注意不要把觸點(diǎn)碰變形了。其封裝引腳如圖 42 所示： S08AC系列是 Freescale公司推出的新一代 S08系列微控制器中的一款增強(qiáng)型 8位微控制器，它不僅集成度高、片內(nèi)資源豐富，接口模塊包括 SPI、 SCI、 IIC、 A/D和 PWM 等，還具有很寬的工作溫度范圍（－ 40～＋ 125） ，在汽車(chē)電子、工業(yè)控制和中高檔機(jī)電產(chǎn)品等領(lǐng)域具有廣泛的用途。設(shè)置了預(yù)置 數(shù)寄存器的情況下（預(yù)置數(shù)寄存器的內(nèi)容不為 0x0000 或 0xFFFF），計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到預(yù)置數(shù)寄存器的值時(shí)，計(jì)數(shù)器產(chǎn)生溢出。 74LS373 的輸出端 O0~O7 可直接與總線(xiàn)相連。MC9S08AC60 微 控制器上的 8 個(gè) PWM 通道同時(shí)接到三個(gè) 74LS373 的輸入端，實(shí)現(xiàn)型號(hào)的擴(kuò)展。) 21 { While (PTAD_PTAD3) /* 判斷 A3口是否接受到高電平 */ { hand()。 /*中斷屏蔽，內(nèi)部總線(xiàn)頻率， 64 分屏 */ TPM1MODH=0X04。 觸摸技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) :減少 BOM,增加系統(tǒng)可靠性； 簡(jiǎn)化機(jī)械設(shè)計(jì) ,降低模具費(fèi)用； 與主機(jī)接口簡(jiǎn)單 ,采用通用的 IIC通訊接口； IIC 雙地址可選； 可以做成觸摸按鍵MPR084 或者觸摸滑塊 MPR083；按鍵非直接接觸 ,能用于接近檢測(cè) ,提高產(chǎn)品的智能性； 帶聲音驅(qū)動(dòng) ,能出聲提示按鍵動(dòng)作； 抗干擾性能強(qiáng) ,防水防塵防油污； 可變的喚醒時(shí)間；低功耗。 利用但舵機(jī)測(cè)試程序測(cè)試后發(fā)現(xiàn)機(jī)器人身上 19 個(gè)舵機(jī)除一個(gè)舵機(jī)工作性能不是十分穩(wěn)定外基本上都可以正常工作。 26 技術(shù)總結(jié) 設(shè)計(jì)應(yīng)用了機(jī)械學(xué)、力學(xué)、嵌入式微控制器等技術(shù)，研制開(kāi)發(fā)了一臺(tái)仿人型雙足步行機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的站立、搖頭、平穩(wěn)行走、招手、鞠躬等動(dòng)作以及觸摸感應(yīng)等功能。 由于一些客觀(guān)原因和時(shí)間、條件的限制，這臺(tái)仿人型機(jī)器人還有許多不完善和值得修改的地方：首先，現(xiàn)有的設(shè)計(jì)和控制還局限在開(kāi)環(huán)控制的范圍內(nèi)，因此，控制精度和和智能程度還很低級(jí)，有很大的提升空間；其次，由于條件的限制，該機(jī)器人的硬件也是相當(dāng)簡(jiǎn)單的，要想實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的動(dòng)作還有很大困難。一味地死記硬背只會(huì)阻礙知識(shí)的更新和拓展。做一件事情，如果連最基本的時(shí)間原則都無(wú)法保證，那就更不用談效率和質(zhì)量。 /*通道 0，邊緣 PWM，設(shè)置比較輸出 */ TPM1C0V=0X65。 /*通道 4，邊緣 PWM，設(shè)置比較輸出 */ TPM1C4V=0X50。 /*設(shè)置 A口為輸出，作為 373的片選 */ PTAD=0X46。 /*通道 0，脈寬為 */ __RESET_WATCHDOG()。 /* feeds the dog */ } } /* loop forever */ } 3).擺手動(dòng)作子程序： void hand (void) { unsigned int i。 /*周期為 20MS*/ TPM1C0SC=0X28。 /*周期為 20MS*/ TPM2C0SC=0X28。 /*通道 1，邊緣 PWM，設(shè)置比較輸出 */ TPM1C0V=0X2E。 /*通道 1，邊緣 PWM，設(shè)置比較輸出 */ TPM2C0V=0X5E。 /*通道 1，脈寬為 */ TPM1C2SC=0X28。 /*通道 1，脈寬為 */ __RESET_WATCHDOG()。 /*通道 3，邊緣 PWM，設(shè)置比較輸出 */ TPM1C2V=0X50。/* feeds the dog */ } 4).行走子程序： void walk (void) 33 { unsigned int i。 /*周期為 20MS*/ TPM1C0SC=0X28。 /*通道 3，脈寬為 */ TPM1C4SC=0X28。i++) { /*右腳前進(jìn)，左腳不動(dòng) */ TPM1SC=0X0E。 /*通道 2，脈寬為 */ TPM1C3SC=0X28。i=65534。 /*通道 2，邊緣 PWM，設(shè)置比較輸出 */ TPM1C2V=0X5E。/* feeds the dog */ } } /* loop forever */ } 35