【正文】 )(sH?故反饋環(huán)節(jié)輸入是光電編碼，輸出是單片機中相應的數據。0832 是作為單片機的外存單元，它的地址為 7000 H，當片選信號 CS=1 時，該地址有效。它的分辨率時 。它的結構可參考附錄 3。C S 為片選信號輸入端，當 =1 時，可選中 0832，利用寫操作可把控制數據從單片機送入 0832 中。程序存儲器的尋址空間有 64K，其中有 4K 是片內尋址空間(EA=1)，在 EA=0時，片內的 0～4095 地址可由片外存儲空間覆蓋。在方式 0 時，串行數據的輸入輸出都由 RXD 端執(zhí)行， 而 TXD 用于串行時鐘。8051 的技術性能如下：? 工作環(huán)境溫度：0～+70?C；? 存儲環(huán)境溫度：65～+150?C；? EA/VPP端對 VSS的電壓：～+；? 任何引腳到 VSS的電壓為：～+7V；? 電源電壓：+5V?10%；? 電源電流：125～250mA；? 電源功耗：。本文選擇的是雙十字萬向節(jié)，起運動特性為第一萬向節(jié)的不等速效應有可能被第二萬向節(jié)的不等速效應所抵消，從而實現兩軸之間的等角速傳動。=(w)功率：40 W電壓：24 V電流： A轉速：3000 r/min轉矩： N一次隨意性的絲杠導程選取，可能讓您的電機與控制系統增加一倍的價格。如圖 315 所示：聊城大學本科畢業(yè)論文xxviii圖 315 轉彎機構總裝圖 控制方式由于 hh Δe 均正比于 β，用一部伺服電機即可實現這三個參數的控制。 的控制——主凸輪?主凸輪控制 的機理是將圖 33 中移動關節(jié) A 沿 AO 1 移動的運動規(guī)律作為2凸輪從動件的運動規(guī)律，凸輪機構如圖 38 所示：圖 38 主凸輪結構原理圖如上節(jié)所述，移動關節(jié) A 的運動規(guī)律是沿 AO 1 勻速移動，所以主凸輪的從動件的運動規(guī)律為聊城大學本科畢業(yè)論文xxii 23bs???其中： —— 從動件位移；2S b —— 移動關節(jié) A 的運動行程； —— 凸輪軸的轉角； η —— 為凸輪的轉向系數，當凸輪轉向為順時針時 η=1，當凸輪轉向為逆時針時 η=1。 控制方式選擇由上一節(jié)可知：要控制行走機構的行走過程，必須對 、 及 進行1?23?控制。圖 3—3 三自由度腿的平面機構聊城大學本科畢業(yè)論文xvi——膝關節(jié)轉角；3?該機構完成滿足()中所述要求的運動的機理如下：先令髖關節(jié)及膝關節(jié)不動,即 =0、 =0；只向右移動移動關節(jié) A ，則足端 C 沿著以 O2 為圓心，13?以(h1+h2)半徑的圓弧移動，若關節(jié) A 勻速移動，則 B C 與圖 32 中虛線軌跡的直線段的交點也勻速運動；再令髖關節(jié)及膝關節(jié)轉動，使足端 C 運動到上述的交點，這就滿足了（）中的要求 2～3；再令移動關節(jié) A 向左快速移動，移動行程與向右移動行程相等,但移動時間為向右移動時間的 1/3，并是足端 C 沿著圖 32 中虛線軌跡的曲線段運動，至此，滿足了()中所述的所有要求。行走機器人的腿在行走過程中交替地支撐機體的重量，并在附中狀態(tài)下推進機體向前運動，因此，腿機構必須具備與整機重量相適應的剛性和承載能力，只有這樣，在不至于患“軟骨病” 。再如，一般的機械設計中控制機械諧振頻率是為了保證不破壞，而在機器人上，是從運動的穩(wěn)定性、快速性等伺服性能角度來控制機械諧振頻率的 。調整優(yōu)化聊城大學本科畢業(yè)論文x任務 環(huán)境機器人模型環(huán)境模型工作任務程序控制算法外部傳感器行走機構、轉彎機構減速機構動力裝置（伺服電機）接口電路內部傳感器機器人控制系統計算機語言 交互作用22 機器人結構框架圖機器人本體：機器人本體主要由三個部分組成：動力裝置（伺服電機） 、減速裝置、執(zhí)行機構（行走機構、轉彎機構） 。常用的驅動單元是各種伺服電機，由于一般伺服電機的輸出轉速很高(1000r/min~10000r/min)，因此，在電機與負載之間用一套傳動裝置來進行轉速和轉矩的匹配。小型高強度機械裝置的研制，對機器人手、足機構的改進起到了很大的推動作用。1996 年該研究所研制成功了 JTUWM—III ，如 15 所示。20 世紀 80、90 年代最具代表性的四足步行機器人是日本 Shigeo Hirose 實驗室研制的 TITAN 系列。機器人的誕生和相關技術的發(fā)展，成為二十世紀人類科學技術的重大成就之一。在此基礎上，論文采用主從式控制方式設計了四足機器人的控制系統，重點討論了以 8051 單片機為控制器的行走機構和轉向機構的控制系統設計。其中，四足步行機器人機構簡單且靈活，承載能力強、穩(wěn)定性好，在搶險救災、探險、娛樂及軍事等許多方面有很好的應用前景，其研制工作一直受到國內外的重視。目前最具代表的四足步行機器人是美國 Bostondynamics 實驗室研制的BigDog，如圖 1—4 所示。人工智能人工智能的研究，采用計算機科學的觀點和方法，撇開人腦的細微結構，單純進行人腦宏觀功能的模擬。本課題的主要任務是提供一個比較完善的行走機器人機械系統，為開發(fā)完整的行走機器人系統提供硬件支持。環(huán)境：機器人的移動機構形式取決于移動環(huán)境。首先，從機構學的角度來分析，機器人的機械結構可以看作有一系列連桿通過旋轉關節(jié)（或移動關節(jié)）連接起來的開式運動鏈。在行走機器人研究中，人們多是著力于讓機器采用類似于動物的腿的機構，即關節(jié)式機構。5. 在要求 1 中，足端通過直線段的時間是通過曲線段的時間的 3 倍，即支撐相的相位角 ①為 3π/2，懸空相的相位角為 π/2。BO運動學正解可以通過平面幾何確定： 12121213cos()cos()inin?????????cOBxl hOByB???…………（1）根據余弦定理 221112cos????OBlhEOB根據正弦定理 212sinsin?OBl? 運動學逆解就是給定（ ， ） ，求解 和 。 參數選擇 由于本課題所設計的機器人是以狗的外形作為參考模型，因此，腿機構的尺寸參數如下：髖關節(jié)偏距： E = 50 mm ；小腿長： ；mh201?大腿長： ；8步長： S = 150 mm 。則： …………………………………………………(2)??12hrn??????令 β 為轉彎角（轉彎時機體的圓周角） ，則 …………………………………………………… (3)??1n????那么，脊柱彎曲控制函數為： ……………………………………………………(4)?12hr(2) 步長控制函數當機體按圖 5 所示軌跡轉彎時，有：聊城大學本科畢業(yè)論文xxvi圖 314 機器人機體轉彎軌跡 ……………………………………………………(5)12aBR????????其中，B—左右兩腿足端距離（體寬） ；θ —軌跡對應的一節(jié)脊骨的偏角。 電機的選擇為了滿足四足機器人行走時的各項要求，其驅動電機的選擇至關重要，它與機器人運動功能的實現、控制硬件的配置、電源能量的消耗、系統控制的效果都有很大的關系。這些非技術因素也是完美方案的一個不可缺少的部分。不同結構的軸承具有不同的工作特性，不同的使用場合和安裝部位對軸承的結構和性能也有不同的要求。對應機械系統設計中的內容，行走機構開環(huán)控制，不使用傳感聊城大學本科畢業(yè)論文xxxv器；轉彎機構閉環(huán)控制，使用選擇光電編碼器作為伺服系統的傳感器，編碼器有絕對型和增量型兩類，增量型編碼器，轉彎機構中使用絕對型編碼器。P2 口是高 8 位地址 A8～A15 的地址總線，但也可做一般的 I/O 口。方式 2 時，數據數據發(fā)送用 TXD 端，接收用 RXD 端；數據傳輸格式用 11 位，格式與方式 1 類同，只是在數據位后多了一個編程位；傳送波特率選定在振蕩頻率的 1/32 獲 1/64 處。單片機輸出的數字控制信號通過 D/A轉換器 0832 之后轉換成 0～5V 的模擬信號，再通過運算放大器 U2變換之后變成 ～+ 模擬信號去控制 PWM 功率放大器。 轉彎控制系統在對四足行走機器人轉彎進行控制時，需要由單片機 8051 構成一個角度伺服控制系統。D/256，其中 D 是輸入 0832 總的數據。 是常 數， ） ；mCaePN?S 是拉氏變換算子。所以， SSsG01012 /)/(() ?????? ?K其中： 和 是時間常數， 01是比例系數， 。在實際控制時，可以把式（510）改寫成下式： )1()()。角度偏差信號 由比例環(huán)節(jié) 放大之后，再送去下一個環(huán)節(jié)。由主計算機給定 RV ，產生的速度控制信號之后，再送去下一個環(huán)節(jié)。在圖 47 所示系統中，0832 接成電流開關方式工作狀態(tài)，故轉換的結果是電流量。實際上， 的輸出電壓 V 為：2 2U = V2UV1其中， 是運算放大器 的輸出電壓。它由單片機 805伺服電機及其接口電路組成。在方式 0 時，串行數據的輸入輸出都由 RXD 端執(zhí)行， 而 TXD 用于串行時鐘。并行 I/O 接口有 P0、PP2 和 P3 共四個，他們都是 8 位并行端口。 傳感器傳感器俗稱“電五官” ，是機器人的感官系統，本次設計因為沒有涉及智能開發(fā)，相應的眾多傳感器也不能確定。圖 321 錐齒輪傳動副三維實體模型 軸承的選擇四足行走機器人的運動是靠運動副（關節(jié)）的正常工作來實現的，因此運動副的摩擦性能對機器人的工作性能影響很大。如果可能，推算一下電機在正常工作速度范圍內所需的力矩。機器狗的外形如圖 317 所示：聊城大學本科畢業(yè)論文xxix圖 317 機器狗的外形設計圖 驅動系統的設計驅動系統在仿生機器人中的作用相當于生物的肌肉，它通過直接或間接轉動腿部的各關節(jié)來改變機器人的姿態(tài)。若轉彎角不超過 45176。對于本課題，由于每條腿有 、 及 三個參數需要控制，四條腿就1?23?有 12 個參數要控制，即若選擇電氣控制，就需 12 部伺服電機，再加上與這些電機匹配的減速器，電氣控制的重量輕、體積小的特點就顯示不出來了；若選擇液壓控制，就需 12 個液壓缸（液壓馬達） ，再由于行走過程的顛簸，聊城大學本科畢業(yè)論文xx液壓控制也不太適合。1?23 ]9[都滿足如下條件：2 ????2 22arctn/ccyxS????式（1）即為（五）中所述的約束條件。3. 為了不至于使機器人在運動的過程中，因支撐機體的三條腿的足端運動速度不相等而產生摩擦，而消耗不必要的能量，應保證足端在要求 1 中的直線段上勻速運動。因此，對行走機構進行研究很有必要。通過這種組合可以達到減輕或代替人的勞動，完成有用的機械功或轉換機械能的目的” 。最后，對機器人各個系統進行集成、調試，根據調試的結果修改設計缺陷，對整個系統進行循環(huán)改進，直至獲得最優(yōu)設計方案后，再制作物理樣機。由于現實世界中，狗占據著寵物的“霸主”地位，故本課題選擇狗的外形作為四足行走機器人外形的參考模型；而且，狗作為人類的得力助手，在福利助殘(導盲犬 )，對付犯罪 (緝毒犬、警犬等) 等方面能發(fā)揮重要的作用，故本課題的研究就具有重大的現實意義。國內四足步行機器的研究起步比較晚，在上個世紀 90 年代以后才逐步有了成果，但研究水平據世界先進水平還有差距。TekkenIV 能夠實現不規(guī)則地面的自適應動態(tài)步行，顯示了生物激勵控制對未知的不規(guī)則地面有自適應能力的優(yōu)點。]1[時間 事件聊城大學本科畢業(yè)論文iii1954 年1960 年1968 年1970年 1978年1984 年1998 年2022 年2022 年Gee Devol 開發(fā)出第一臺可編程機器人；Unimation 公司推出第一臺工業(yè)機器人；第一臺智能機器人 Shakey 在斯坦福研究所（SRI）誕生；ETL 公司發(fā)明帶視覺的自適應機器人；美國推出通用工業(yè)機器人 PUMA，這標志著工業(yè)機器人技術已經成熟；機器人 Helpmate 問世，該機器人能在醫(yī)院里為病人送飯、送郵件等；丹麥樂高公司推出機器人（Mindstorms）套件；iRobot 公司推出吸塵機器人 Roomba，是世界上銷量最大的家用機器人；微軟公司推出的 Microsoft Robotics Studio，機器人模塊化、平臺化的趨勢越來越明顯，比爾?蓋茨預言，家用機器人會很快席卷全球。并且，機器人本體大多是一個剛性整體，轉彎機構研究不足。佩克（Karel Capek）在其幻想情節(jié)劇《羅沙姆的萬能機器人》中描述了一個名為 的工廠，將人類從繁重而乏味的工作中解放出來，制造出一種與人類相似，但能不知疲倦工作的機器奴仆，取名ROBOTA。它的腳底部由形狀記憶合金組成，可自動檢測與地面接觸的狀態(tài)姿態(tài)傳感器和姿態(tài)控制系統根據傳感信息做出的控制決策，實現在不平整地面的自適應靜態(tài)步行。但其步行速度較慢，極限步速僅為 ；另外，其負重能力有限，故在實際作業(yè)時實用性較差。因此，必須進行行走步態(tài)、重心轉移、移動導向、穩(wěn)定步行等仿生問題的研究。計算機通過軌跡規(guī)劃，得到空間軌跡在各采樣時刻的數據，通過逆運動學計算把空間數據轉變?yōu)楦麝P節(jié)的指令值。本課題中使用了直流伺服電機作為