【正文】 90 135 18026 避障模塊設(shè)計(jì)動(dòng)作的能力。刀 K 與觸點(diǎn) A、B 關(guān)系一個(gè)常開、另一個(gè)常閉。27表 43 探測障礙物的傳感器與單片機(jī)引腳對應(yīng)關(guān)系表left sensor(左傳感器) P20right sensor(右傳感器) P21總結(jié)前三節(jié)的內(nèi)容，就可以做出六足仿生機(jī)器人的仿真電路圖了，仿真電路圖如圖45 所示。由此可見，舵機(jī)是一種位置伺服的驅(qū)動(dòng)器，轉(zhuǎn)動(dòng)范圍不得超過 180 度。并改變定時(shí)器初值，定時(shí)間為 Tt。 /*數(shù)值 1620 即對應(yīng) ，為舵機(jī)的中間 90 度的位置*/ c=a。 TR0=1。 /*重新定義計(jì)數(shù)初值*/ if(c=508amp。從舵機(jī)的控制信號(hào)（圖 48）可以知道，變化的時(shí)間為 t 的范圍從 ~ 之間，也就是說每一個(gè)舵機(jī)控制信號(hào)至少有 必是低電平且不會(huì)發(fā)生變化。所以本設(shè)計(jì)采用后者。12個(gè)電機(jī)控制占用 CPU 的時(shí)間為執(zhí)行 24 次中斷程序的時(shí)間。flag1=1 時(shí)：p00=1。定時(shí)器重置初值，定時(shí)時(shí)間為() flag1++,break 結(jié)束中斷程序35flag1=3 時(shí)：p01=1。端口 ~,~ 是舵機(jī)控制端口。本設(shè)計(jì)將 12 個(gè)電機(jī)分成兩組，分別由兩個(gè)定時(shí)器，定時(shí)器 0 和定時(shí)器 1 控制 [13]，其中定時(shí)器 0控制電機(jī) 1~6，定時(shí)器 1 控制電機(jī) 7~12。如果在 20ms 內(nèi),首先引腳 p00 置高電平，t ms 后引腳取反，電機(jī)轉(zhuǎn)軸將轉(zhuǎn)到 t ms 對應(yīng)的角度。c=2540)c=a。 PT0=1。 TH0=(a/256)。 /*a 為舵機(jī) 1 的脈沖寬度，單位 1/1000 ms */ /*c、為中間變量*/ /*以下定義輸出管腳*/ sbit p12=P1^2。 舵機(jī)的控制脈沖如圖 48 所示，t=(~),T=20ms。設(shè)定一個(gè)目標(biāo)功能：在行進(jìn)的過程中完成避開障礙物。圖 43 微動(dòng)開關(guān)示意圖接觸形式傳感器的優(yōu)勢是在黑暗處或者因障礙物的影響導(dǎo)致無法通過視覺獲取信息的條件下，使機(jī)器人具備觸覺功能。 [12]。采用純數(shù)字舵機(jī)構(gòu)建的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，不僅可以大幅提升系統(tǒng)性能，而且可以降低系統(tǒng)的生產(chǎn)維護(hù)成本，提高產(chǎn)品性價(jià)比，增強(qiáng)市場競爭力。舵機(jī)因此得名：控制舵面的伺服電機(jī)。在空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM、定時(shí)計(jì)數(shù)器、串行口、外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，禁止電路的其他功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。蔽障右轉(zhuǎn)左轉(zhuǎn)后退_set_time()有 12 個(gè)參數(shù)對應(yīng) 12 個(gè)舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度舵機(jī)1舵機(jī)2舵機(jī)3舵機(jī)4舵機(jī)5舵機(jī)6舵機(jī)7舵機(jī)9舵機(jī)11舵機(jī)8舵機(jī)10舵機(jī)12圖 41 基本功能框圖高層動(dòng)作前進(jìn)23通過上圖可以看出，12 個(gè)舵機(jī)是需要同時(shí)控制的，那么，很顯然我們需要有 12 個(gè)控制信號(hào)來共同作用，也就意味著要求單片機(jī)產(chǎn)生 12 路的 PPM 波，利用這 12 個(gè) PPM 波來控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度?？梢酝ㄟ^合理選擇旋轉(zhuǎn)丫角度，完成機(jī)器人的定點(diǎn)轉(zhuǎn)彎動(dòng)作。此時(shí)，各腿的支撐點(diǎn)位置??矢量為:O XYZ123456O P1= (),2TSLmnh???????? P2=??,0T P3= (),2SLnh???????? P4=??,0TmP5= (),2SLh???????P6= ??,0Tn?XY（2）如圖36（B）所示，5放下后，然后6抬起；則此時(shí)的位置矢量： OXY123456P1= (),02TSLmn????????P2=??,ThP3= (),(),02SLn????????P4=??,TmhP5= (),02SL???????P6=??,Tnh?（3）5向后移動(dòng)半步，做位置調(diào)整， 6向前,則其位置矢量：18YXO123456P1= (),02TSLmn????????P2=??,ThP3= (),(),02SLn?????????P4=??,TmshP5= (),02SL???????P6= (),(),Tnh?S/2（4）6放下后，5抬起；則位置矢量：123456YXOS/2P1= (),2TSLmnh????????P2=??,0TP3= (),(),2SLnh?????????P4=??,0TmP5= (),2SLh???????P6=??,(,0Tn?（5）6向后移動(dòng)半步長，做姿勢調(diào)整，此時(shí)的位置矢量：19OS123456 XYP1=??(),TLmnSh??P2= 0P3=??(),(),T?P4= LmnS?P5=??(),ThP6= (0?（6）六條腿均落地，回到最初的狀態(tài)。ZYXABC FEDB1F1D1O1OA1B1圖34步行機(jī)器人任一時(shí)刻姿態(tài)圖 穩(wěn)定裕量計(jì)算設(shè)某一時(shí)刻，機(jī)器人以“三角步態(tài)”行走時(shí)，其B組支撐腿著地點(diǎn)，機(jī)器人質(zhì)心在XOY平面的投影如圖35所示，并設(shè)質(zhì)心投影O1與XOY平面坐標(biāo)原點(diǎn)重合。腿部順序定義如圖示，定義腿O?間距為n，,D為腿的站立點(diǎn)，Ai, Di為腿與艦關(guān)節(jié)連接點(diǎn)。并且分析和確定本設(shè)計(jì)的一些參數(shù)，給出了相關(guān)的參數(shù)，為后續(xù)的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。 [7]10 六足仿生機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)分析“六足綱 ”昆蟲體的基本組成為軀千、腿部兩部分，所以文中涉及的六足機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)也主要由軀千、腿部兩部分組成。(2 )Q 1 / 2: 機(jī)體移動(dòng)較慢時(shí)，擺動(dòng)相與支撐相有一短暫的重疊過程，即機(jī)體有六條腿同時(shí)著地的狀態(tài)。腿節(jié)距 (leg pitch)，指橫向運(yùn)動(dòng)時(shí)，機(jī)體同一端上相鄰?fù)冗\(yùn)動(dòng)主平面之間的距離。8第二章 六足仿生機(jī)器人的結(jié)構(gòu)分析及設(shè)計(jì)“六足綱”昆蟲(蟑螂,螞蟻等等) 在平坦無阻的地面上快速行進(jìn)時(shí),多以交替的三角步態(tài)運(yùn)動(dòng)[1],即在步行時(shí)把六條足分為兩組,以身體一側(cè)的前足、后足與另一側(cè)的中足作為一組,形成一個(gè)穩(wěn)定的三角架支撐蟲體,因此在同一時(shí)間內(nèi)只有一組的三條足起行走作用:前足用爪固定物體后拉動(dòng)蟲體前進(jìn),中足用以支撐并舉起所屬一側(cè)的身體,后足則推動(dòng)蟲體前進(jìn),同時(shí)使蟲體轉(zhuǎn)向,行走時(shí)蟲體向前并稍向外轉(zhuǎn),三條足同時(shí)行動(dòng),然后再與另一組的三條足交替進(jìn)行,兩組足如此交替地?cái)[動(dòng)和支撐,從而實(shí)現(xiàn)昆蟲的快速運(yùn)動(dòng) ，我們將這種步態(tài)定義為“三角步態(tài)” [6]。該機(jī)器人以1個(gè)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和連桿機(jī)構(gòu)作為腿部和六足，以12個(gè)直流伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件。 [4]多足機(jī)器人六足仿生機(jī)器人的一個(gè)最大的優(yōu)點(diǎn)是對行走路面的要求很低,它可以跨越障礙物、走過沙地、沼澤等特殊路面,因此可以用于工程探險(xiǎn)勘測、反恐防爆、軍事偵察等人類無法完成的或危險(xiǎn)的工作,并且機(jī)器人的足所具有的大量自由度可以使機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)更加靈活,對凹凸不平的地形的適應(yīng)能力更強(qiáng)。5 特種移動(dòng)機(jī)器人:根據(jù)具體的應(yīng)用目的，還有其他種類的移動(dòng)機(jī)器人，如墻壁清洗機(jī)器人、爬纜索機(jī)器人以及管內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人等，這些機(jī)器人是根據(jù)某種特殊目的設(shè)計(jì)的機(jī)器人。半自主式移動(dòng)機(jī)器人智能水平介于遙控和自主式移動(dòng)機(jī)器人之間，具備一定的感知、判斷和決策功能，但對一些復(fù)雜任務(wù)仍需在人工干預(yù)下才能順利完成。而以自主移動(dòng)機(jī)器人為對象或應(yīng)用領(lǐng)域的，基于自適應(yīng)、學(xué)習(xí)、進(jìn)化機(jī)理，具有高級(jí)生命行為的自主系統(tǒng)的研究與研發(fā)，已成為21世紀(jì)初信息科學(xué)與生命科學(xué)富于挑戰(zhàn)性的交叉研究領(lǐng)域之一。一些新型機(jī)器人還包括語音合成和識(shí)別技術(shù)以及多媒體系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話。伺服控制器的作用是使驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)并帶動(dòng)負(fù)載超減少偏差的方向動(dòng)作。第三代機(jī)器人是目前正在研究的“智能機(jī)器人”。1974年Cincinnati Milacron公司開發(fā)成功多關(guān)節(jié)機(jī)器人；1979年，Unimation公司又推出了PUMA機(jī)器人，它是一種多關(guān)節(jié)、全電動(dòng)驅(qū)動(dòng)、多CPU二級(jí)控制；采用VAL專用語言；可配視覺、觸覺、力覺傳感器，在當(dāng)時(shí)是一種技術(shù)先進(jìn)的工業(yè)機(jī)器人。在近代，隨著第一次、第二次工業(yè)革命，各種機(jī)械裝置的發(fā)明與應(yīng)用，世界各地出現(xiàn)了許多“機(jī)器人”玩具和工藝品。機(jī)器人技術(shù)在八十年代后期已經(jīng)形成比較完整的體系?，F(xiàn)在已被人們作為機(jī)器人的專用名詞 [2]。只具有記憶、存儲(chǔ)能力，按相應(yīng)程序重復(fù)作業(yè)，但2對周圍環(huán)境基本沒有感知與反饋控制能力。通常情況下，可將機(jī)器人理解為：機(jī)器人是一種在計(jì)算機(jī)控制下的可編程的自動(dòng)機(jī)器，根據(jù)所處的環(huán)境和作業(yè)需要，它具有至少一項(xiàng)或多項(xiàng)擬人功能，另外還可能程度不同地具有某些環(huán)境感知能力（如視覺、力覺、觸覺、接近覺等），以及語言功能乃至邏輯思維、判斷決策功能等，從而使它能在要求的環(huán)境中代替人進(jìn)行作業(yè)。主計(jì)算機(jī)根據(jù)示教點(diǎn)參考坐標(biāo)的空間位置、方位及速度，通過運(yùn)動(dòng)學(xué)逆運(yùn)算把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)節(jié)的指令值。與此同時(shí)，最早的操作式步行機(jī)器人也研制成功，從而開始了機(jī)器人步行機(jī)構(gòu)方面的研究，以解決機(jī)器人在不平整地域的運(yùn)動(dòng)問題，設(shè)計(jì)并研制出了多足機(jī)器人。其中自主式移動(dòng)機(jī)器人由于其高度的自主性，正在越來越多的領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，特別是在軍事偵察、宇宙開發(fā)、掃雷排險(xiǎn)、防核化污染等惡劣的環(huán)境中有著廣泛的應(yīng)用前景。(二)按移動(dòng)方式來分:輪式移動(dòng)機(jī)器人:輪式機(jī)器人動(dòng)作穩(wěn)定，操縱簡單，其移動(dòng)速度和方向容易控制.在無人工廠中用來搬運(yùn)零部件或做其它基本任務(wù)用的很多，適合于平地行走。3. 混合式機(jī)器人。最后在Lee設(shè)計(jì)了具有獨(dú)特獨(dú)特結(jié)構(gòu)的SERO六足仿生機(jī)器人，它把整個(gè)機(jī)器人的步態(tài)進(jìn)行了規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的前進(jìn)、后退和轉(zhuǎn)彎。本文對現(xiàn)有的機(jī)器人分析機(jī)械結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行該機(jī)器人運(yùn)動(dòng)步態(tài)的研究，分析其步態(tài)穩(wěn)定性，給出不同步態(tài)下的機(jī)器人落足點(diǎn)的位置矢量表達(dá)式，按照計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，根據(jù)六足步行機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)和關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)性、準(zhǔn)確性的控制要求，確定六足仿生機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)不同步態(tài)的控制策略。腿的支撐相(support phase)指腿支撐在地并推動(dòng)機(jī)體向前運(yùn)動(dòng)的階段，支撐相的狀態(tài)記為“0”。推程時(shí)間tp，指腿在支撐相的持續(xù)時(shí)間?！傲憔V”昆蟲(蟑螂、螞蟻等)步行時(shí)，一般不是六足同時(shí)直線前進(jìn)，而是將三對足分成兩組，以三角形支架結(jié)構(gòu)交替前行。本設(shè)計(jì)的機(jī)器人的相關(guān)參數(shù)如下表：表21 本設(shè)計(jì)機(jī)器人相關(guān)參數(shù)機(jī)器人 自重尺寸（MM）長寬高負(fù)重 自由度 前進(jìn)速度 310*279*135 12 驅(qū)動(dòng)方式 工作電壓 步長 轉(zhuǎn)角 越障高度直流伺服 六足仿生機(jī)器人的實(shí)物如圖21所示：圖21 本設(shè)計(jì)的六足仿生機(jī)器人六足仿生機(jī)器人就結(jié)構(gòu)來說是腿部最為復(fù)雜，它的六條腿是完全根據(jù)仿生學(xué)而設(shè)計(jì)的，腿部的比例是要有特定數(shù)值的。六足步行機(jī)器人腿部分組圖簡圖如圖31所示。由圖 3 3 ( b)可得六足步行機(jī)器人髖關(guān)節(jié)電機(jī)向前旋轉(zhuǎn) 角度時(shí)，立足點(diǎn)A在Y?方向前進(jìn)半步長S/2，六足步行機(jī)器人腿部Y方向前進(jìn)步長計(jì)算結(jié)果： sin2SL??由表達(dá)式(32)，可以確定散關(guān)節(jié)電機(jī)向前旋轉(zhuǎn)Y1角度與立足點(diǎn)Ai在Y方向前進(jìn)半步長S/2的定量關(guān)系，當(dāng) 較小時(shí)，可設(shè)旋轉(zhuǎn) 角度后腿部在X軸上的投影長度近似為L。NP則六足機(jī)器人以三角步態(tài)行走時(shí)，其最小穩(wěn)定裕量判據(jù)為d=min{dl，d2，d3}16 六足仿生機(jī)器人的直線運(yùn)動(dòng)步態(tài)設(shè)計(jì) 步態(tài)規(guī)劃前面我們已經(jīng)介紹過了“六足綱”昆蟲的三角步態(tài)運(yùn)動(dòng)原理，下面將三角步態(tài)運(yùn)用到六足仿生機(jī)器人的六足上面就會(huì)得到了六足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)步態(tài)，這種運(yùn)動(dòng)的步態(tài)是六足仿生機(jī)器人在直線運(yùn)動(dòng)的情況下完成的，它完成了六足仿生機(jī)器人的直線運(yùn)動(dòng)的一個(gè)周期的循環(huán)。若A組腿先擺動(dòng)，機(jī)器人右轉(zhuǎn)，若B組腿先擺動(dòng)，則左轉(zhuǎn)。設(shè)定一個(gè)目標(biāo)功能：在行進(jìn)的過程中完成避開障礙物。在本次設(shè)計(jì)中，整個(gè)系統(tǒng)是以模塊化的設(shè)計(jì)思想，將對所有舵機(jī)調(diào)度做成一個(gè)獨(dú)立的模塊，所有的高層動(dòng)作都是通過調(diào)用底層舵機(jī)控制的模塊來完成。24圖42 AT89S52封裝圖AT89S52具有32個(gè)可編程I/O端口，其中，P0口和P1口的前六個(gè)引腳分別接12個(gè)舵機(jī)，來控制舵機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，P3口前兩個(gè)引腳接觸位開關(guān)?！?傳統(tǒng)舵機(jī)的控制方式以20ms 為一個(gè)周期，177。舵機(jī)的輸出軸和位置反饋電位計(jì)是相連的，舵盤轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，帶動(dòng)位置反饋電位計(jì)，電位計(jì)將輸出一個(gè)電壓信號(hào)到控制電路板，進(jìn)行反饋，然后控制電路板根據(jù)所在位置決定電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和速度，從而達(dá)到目標(biāo)停止。避障傳感器一般有接觸式、和非接觸式的。傳感器安裝位置如圖 44 所示。290 18090X(ms)Y(度)圖 47 舵盤的位置線性變化圖 對應(yīng)舵盤的 0 度， 對應(yīng)舵盤的 180 度。開中斷，設(shè)定中斷優(yōu)先級(jí)。 /*設(shè)初值*/ p12=1。 TL1=(b%256)。 /*輸出取反*/ c=20850c。32 多舵機(jī)控制 用上述方法采用一個(gè)定時(shí)器來控制舵機(jī)軸的轉(zhuǎn)角，可以很容易實(shí)現(xiàn)。舵機(jī)控制脈沖如圖 410 所示：（a）(b)圖 410 8 路信號(hào)舵機(jī)控制脈沖圖運(yùn)用這種思想方法可以實(shí)現(xiàn)對 8 路舵機(jī)獨(dú)立控制和同時(shí)控制。每個(gè)定時(shí)器控制 6 個(gè)電機(jī)，在一個(gè)周期內(nèi)必須產(chǎn)生 12 次定時(shí)器中斷（6 個(gè)電機(jī) 12 次電平變化） 。初始化中定時(shí)器初值可以任意的。 定時(shí)器重置初值，定時(shí)時(shí)間為 p02 高電平持續(xù)時(shí)間t3，flag1++,break 結(jié)束中斷程序flag1=6 時(shí)