【正文】 90 135 18026 避障模塊設計動作的能力。刀 K 與觸點 A、B 關系一個常開、另一個常閉。27表 43 探測障礙物的傳感器與單片機引腳對應關系表left sensor(左傳感器) P20right sensor(右傳感器) P21總結前三節(jié)的內容，就可以做出六足仿生機器人的仿真電路圖了，仿真電路圖如圖45 所示。由此可見，舵機是一種位置伺服的驅動器，轉動范圍不得超過 180 度。并改變定時器初值，定時間為 Tt。 /*數值 1620 即對應 ，為舵機的中間 90 度的位置*/ c=a。 TR0=1。 /*重新定義計數初值*/ if(c=508amp。從舵機的控制信號（圖 48）可以知道，變化的時間為 t 的范圍從 ~ 之間，也就是說每一個舵機控制信號至少有 必是低電平且不會發(fā)生變化。所以本設計采用后者。12個電機控制占用 CPU 的時間為執(zhí)行 24 次中斷程序的時間。flag1=1 時：p00=1。定時器重置初值，定時時間為() flag1++,break 結束中斷程序35flag1=3 時：p01=1。端口 ~,~ 是舵機控制端口。本設計將 12 個電機分成兩組，分別由兩個定時器，定時器 0 和定時器 1 控制 [13]，其中定時器 0控制電機 1~6，定時器 1 控制電機 7~12。如果在 20ms 內,首先引腳 p00 置高電平，t ms 后引腳取反，電機轉軸將轉到 t ms 對應的角度。c=2540)c=a。 PT0=1。 TH0=(a/256)。 /*a 為舵機 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。 舵機的控制脈沖如圖 48 所示，t=(~),T=20ms。設定一個目標功能：在行進的過程中完成避開障礙物。圖 43 微動開關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致無法通過視覺獲取信息的條件下，使機器人具備觸覺功能。 [12]。采用純數字舵機構建的自動化控制系統(tǒng)，不僅可以大幅提升系統(tǒng)性能，而且可以降低系統(tǒng)的生產維護成本，提高產品性價比，增強市場競爭力。舵機因此得名：控制舵面的伺服電機。在空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM、定時計數器、串行口、外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結振蕩器而保存RAM的數據，禁止電路的其他功能直至外中斷激活或硬件復位。蔽障右轉左轉后退_set_time()有 12 個參數對應 12 個舵機的轉動角度舵機1舵機2舵機3舵機4舵機5舵機6舵機7舵機9舵機11舵機8舵機10舵機12圖 41 基本功能框圖高層動作前進23通過上圖可以看出，12 個舵機是需要同時控制的，那么，很顯然我們需要有 12 個控制信號來共同作用，也就意味著要求單片機產生 12 路的 PPM 波，利用這 12 個 PPM 波來控制舵機的轉動角度?？梢酝ㄟ^合理選擇旋轉丫角度，完成機器人的定點轉彎動作。此時，各腿的支撐點位置??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；則此時的位置矢量： OXY123456P1= (),02TSLmn????????P2=??,ThP3= (),(),02SLn????????P4=??,TmhP5= (),02SL???????P6=??,Tnh?（3）5向后移動半步，做位置調整， 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向后移動半步長，做姿勢調整，此時的位置矢量：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步行機器人任一時刻姿態(tài)圖 穩(wěn)定裕量計算設某一時刻，機器人以“三角步態(tài)”行走時，其B組支撐腿著地點，機器人質心在XOY平面的投影如圖35所示，并設質心投影O1與XOY平面坐標原點重合。腿部順序定義如圖示，定義腿O?間距為n，,D為腿的站立點，Ai, Di為腿與艦關節(jié)連接點。并且分析和確定本設計的一些參數，給出了相關的參數，為后續(xù)的設計奠定了基礎。 [7]10 六足仿生機器人機械結構分析“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器人機械結構也主要由軀千、腿部兩部分組成。(2 )Q 1 / 2: 機體移動較慢時，擺動相與支撐相有一短暫的重疊過程，即機體有六條腿同時著地的狀態(tài)。腿節(jié)距 (leg pitch)，指橫向運動時，機體同一端上相鄰腿運動主平面之間的距離。8第二章 六足仿生機器人的結構分析及設計“六足綱”昆蟲(蟑螂,螞蟻等等) 在平坦無阻的地面上快速行進時,多以交替的三角步態(tài)運動[1],即在步行時把六條足分為兩組,以身體一側的前足、后足與另一側的中足作為一組,形成一個穩(wěn)定的三角架支撐蟲體,因此在同一時間內只有一組的三條足起行走作用:前足用爪固定物體后拉動蟲體前進,中足用以支撐并舉起所屬一側的身體,后足則推動蟲體前進,同時使蟲體轉向,行走時蟲體向前并稍向外轉,三條足同時行動,然后再與另一組的三條足交替進行,兩組足如此交替地擺動和支撐,從而實現(xiàn)昆蟲的快速運動 ，我們將這種步態(tài)定義為“三角步態(tài)” [6]。該機器人以1個曲柄搖桿機構和連桿機構作為腿部和六足，以12個直流伺服電機作為驅動元件。 [4]多足機器人六足仿生機器人的一個最大的優(yōu)點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勘測、反恐防爆、軍事偵察等人類無法完成的或危險的工作,并且機器人的足所具有的大量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。5 特種移動機器人:根據具體的應用目的，還有其他種類的移動機器人，如墻壁清洗機器人、爬纜索機器人以及管內移動機器人等，這些機器人是根據某種特殊目的設計的機器人。半自主式移動機器人智能水平介于遙控和自主式移動機器人之間，具備一定的感知、判斷和決策功能，但對一些復雜任務仍需在人工干預下才能順利完成。而以自主移動機器人為對象或應用領域的，基于自適應、學習、進化機理，具有高級生命行為的自主系統(tǒng)的研究與研發(fā)，已成為21世紀初信息科學與生命科學富于挑戰(zhàn)性的交叉研究領域之一。一些新型機器人還包括語音合成和識別技術以及多媒體系統(tǒng)，實現(xiàn)人機對話。伺服控制器的作用是使驅動單元驅動關節(jié)并帶動負載超減少偏差的方向動作。第三代機器人是目前正在研究的“智能機器人”。1974年Cincinnati Milacron公司開發(fā)成功多關節(jié)機器人；1979年，Unimation公司又推出了PUMA機器人，它是一種多關節(jié)、全電動驅動、多CPU二級控制；采用VAL專用語言；可配視覺、觸覺、力覺傳感器，在當時是一種技術先進的工業(yè)機器人。在近代，隨著第一次、第二次工業(yè)革命，各種機械裝置的發(fā)明與應用，世界各地出現(xiàn)了許多“機器人”玩具和工藝品。機器人技術在八十年代后期已經形成比較完整的體系?，F(xiàn)在已被人們作為機器人的專用名詞 [2]。只具有記憶、存儲能力，按相應程序重復作業(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，可將機器人理解為：機器人是一種在計算機控制下的可編程的自動機器，根據所處的環(huán)境和作業(yè)需要，它具有至少一項或多項擬人功能，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)境中代替人進行作業(yè)。主計算機根據示教點參考坐標的空間位置、方位及速度，通過運動學逆運算把數據轉變?yōu)殛P節(jié)的指令值。與此同時，最早的操作式步行機器人也研制成功，從而開始了機器人步行機構方面的研究，以解決機器人在不平整地域的運動問題，設計并研制出了多足機器人。其中自主式移動機器人由于其高度的自主性，正在越來越多的領域得到廣泛的應用，特別是在軍事偵察、宇宙開發(fā)、掃雷排險、防核化污染等惡劣的環(huán)境中有著廣泛的應用前景。(二)按移動方式來分:輪式移動機器人:輪式機器人動作穩(wěn)定，操縱簡單，其移動速度和方向容易控制.在無人工廠中用來搬運零部件或做其它基本任務用的很多，適合于平地行走。3. 混合式機器人。最后在Lee設計了具有獨特獨特結構的SERO六足仿生機器人，它把整個機器人的步態(tài)進行了規(guī)劃，實現(xiàn)了機器人的前進、后退和轉彎。本文對現(xiàn)有的機器人分析機械結構，在此基礎上，進行該機器人運動步態(tài)的研究，分析其步態(tài)穩(wěn)定性，給出不同步態(tài)下的機器人落足點的位置矢量表達式，按照計算機控制系統(tǒng)的特點，根據六足步行機器人的機械結構和關節(jié)運動的協(xié)調性、準確性的控制要求，確定六足仿生機器人控制系統(tǒng)的設計和實現(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機體向前運動的階段，支撐相的狀態(tài)記為“0”。推程時間tp，指腿在支撐相的持續(xù)時間?！傲憔V”昆蟲(蟑螂、螞蟻等)步行時，一般不是六足同時直線前進，而是將三對足分成兩組，以三角形支架結構交替前行。本設計的機器人的相關參數如下表：表21 本設計機器人相關參數機器人 自重尺寸（MM）長寬高負重 自由度 前進速度 310*279*135 12 驅動方式 工作電壓 步長 轉角 越障高度直流伺服 六足仿生機器人的實物如圖21所示：圖21 本設計的六足仿生機器人六足仿生機器人就結構來說是腿部最為復雜，它的六條腿是完全根據仿生學而設計的，腿部的比例是要有特定數值的。六足步行機器人腿部分組圖簡圖如圖31所示。由圖 3 3 ( b)可得六足步行機器人髖關節(jié)電機向前旋轉 角度時，立足點A在Y?方向前進半步長S/2，六足步行機器人腿部Y方向前進步長計算結果： sin2SL??由表達式(32)，可以確定散關節(jié)電機向前旋轉Y1角度與立足點Ai在Y方向前進半步長S/2的定量關系，當 較小時，可設旋轉 角度后腿部在X軸上的投影長度近似為L。NP則六足機器人以三角步態(tài)行走時，其最小穩(wěn)定裕量判據為d=min{dl，d2，d3}16 六足仿生機器人的直線運動步態(tài)設計 步態(tài)規(guī)劃前面我們已經介紹過了“六足綱”昆蟲的三角步態(tài)運動原理，下面將三角步態(tài)運用到六足仿生機器人的六足上面就會得到了六足機器人的運動步態(tài)，這種運動的步態(tài)是六足仿生機器人在直線運動的情況下完成的，它完成了六足仿生機器人的直線運動的一個周期的循環(huán)。若A組腿先擺動，機器人右轉，若B組腿先擺動，則左轉。設定一個目標功能：在行進的過程中完成避開障礙物。在本次設計中，整個系統(tǒng)是以模塊化的設計思想，將對所有舵機調度做成一個獨立的模塊，所有的高層動作都是通過調用底層舵機控制的模塊來完成。24圖42 AT89S52封裝圖AT89S52具有32個可編程I/O端口，其中，P0口和P1口的前六個引腳分別接12個舵機，來控制舵機的運轉，P3口前兩個引腳接觸位開關?！?傳統(tǒng)舵機的控制方式以20ms 為一個周期，177。舵機的輸出軸和位置反饋電位計是相連的，舵盤轉動的同時，帶動位置反饋電位計，電位計將輸出一個電壓信號到控制電路板，進行反饋，然后控制電路板根據所在位置決定電機的轉動方向和速度，從而達到目標停止。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 對應舵盤的 0 度， 對應舵盤的 180 度。開中斷，設定中斷優(yōu)先級。 /*設初值*/ p12=1。 TL1=(b%256)。 /*輸出取反*/ c=20850c。32 多舵機控制 用上述方法采用一個定時器來控制舵機軸的轉角，可以很容易實現(xiàn)。舵機控制脈沖如圖 410 所示：（a）(b)圖 410 8 路信號舵機控制脈沖圖運用這種思想方法可以實現(xiàn)對 8 路舵機獨立控制和同時控制。每個定時器控制 6 個電機，在一個周期內必須產生 12 次定時器中斷（6 個電機 12 次電平變化） 。初始化中定時器初值可以任意的。 定時器重置初值，定時時間為 p02 高電平持續(xù)時間t3，flag1++,break 結束中斷程序flag1=6 時