【正文】 初始化中定時(shí)器初值可以任意的。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。 /*輸出取反*/ c=20850c。 /*設(shè)初值*/ p12=1。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。避障傳感器一般有接觸式、和非接觸式的?！?傳統(tǒng)舵機(jī)的控制方式以20ms 為一個(gè)周期，177。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。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)。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。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。推程時(shí)間tp，指腿在支撐相的持續(xù)時(shí)間。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。3. 混合式機(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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。 [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。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)。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)。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。舵機(jī)因此得名：控制舵面的伺服電機(jī)。 [12]。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。 /*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。 PT0=1。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。端口 ~,~ 是舵機(jī)控制端口。flag1=1 時(shí)：p00=1。所以本設(shè)計(jì)采用后者。 /*重新定義計(jì)數(shù)初值*/ if(c=508amp。 /*數(shù)值 1620 即對應(yīng) ，為舵機(jī)的中間 90 度的位置*/ c=a。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。刀 K 與觸點(diǎn) A、B 關(guān)系一個(gè)常開、另一個(gè)常閉。純數(shù)字舵機(jī)采用全新的單線雙工通訊協(xié)議，不僅能執(zhí)行普通舵機(jī)的全部功能，還可以作為一個(gè)角度傳感器，監(jiān)測舵機(jī)的實(shí)際位置，而且可以多個(gè)舵機(jī)并聯(lián)互不影響。TA89S52具有如下特點(diǎn):40個(gè)引腳，8KB Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，256Bytes的隨機(jī)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)，32個(gè)外部雙向輸入/輸出(I/O)口，1個(gè)6向量2級中斷結(jié)構(gòu)。如圖38(A)所示，機(jī)器人4,6腿旋轉(zhuǎn)Y角度，此時(shí)，各腿的位置矢量為:(設(shè)旋轉(zhuǎn)y角度后腿部在X軸上的投影長度近似為L) [9]。機(jī)器人以 “三角步態(tài)”行走時(shí)，任意時(shí)刻至少有1組腿著地，只要機(jī)器人質(zhì)心投影點(diǎn)O1落在支撐腿構(gòu)成陰影內(nèi)，如圖35所示，就能保證機(jī)器人穩(wěn)定。向上移動(dòng)的最大角度是30度。由此可以導(dǎo)出行程R、步距a和有荷因數(shù)Q之間的關(guān)系式是R=a*器人，由于要求Q1/2，所以tr≤tp ，即平均速度上限取決于tr。完成六足仿生機(jī)器人控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。 多足機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀早在上世紀(jì)80年代，美國的著名機(jī)器人學(xué)家McGhee開始著手研發(fā)四足仿生機(jī)器人以來，多足仿生機(jī)器人一直成為大量學(xué)者的研究對象。對于移動(dòng)機(jī)器人來說，它有多種不同的分類方法，按不同的分類方法可將移動(dòng)機(jī)器人分為不同的種類:(一) 按自主水平來分:遙控式移動(dòng)機(jī)器人移動(dòng)機(jī)器人的執(zhí)行動(dòng)作和運(yùn)行軌跡完全由人通過遙控來控制，機(jī)器人不進(jìn)行任何判斷和決策，只是執(zhí)行人發(fā)出的命令。工業(yè)機(jī)器人提供一內(nèi)部PLC，它可以與外部設(shè)備相聯(lián)，完成與外部設(shè)備間的邏輯與時(shí)實(shí)控制。它能夠獲得作業(yè)環(huán)境和作業(yè)對象的部分有關(guān)信息，進(jìn)行一定的實(shí)時(shí)處理，引導(dǎo)機(jī)器人進(jìn)行作業(yè)。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個(gè)國家工業(yè)自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志 [1]。本世紀(jì)50、60年代，隨著機(jī)構(gòu)理論和伺服理論的發(fā)展，機(jī)器人進(jìn)入了使用化階段。另一類為移動(dòng)型本體結(jié)構(gòu)，主要目的是實(shí)現(xiàn)移動(dòng)功能，主要有輪式、履帶式、足腿式結(jié)構(gòu)以及蛇行、蠕動(dòng)、變形運(yùn)動(dòng)等機(jī)構(gòu)。特別是在80年中期，設(shè)計(jì)和制造機(jī)器人的浪潮席卷全世界。2. 履帶式移動(dòng)機(jī)器人:履帶式移動(dòng)機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)支撐面積大，接地比壓小，適合松軟或泥濘場地作業(yè)，下陷度小，滾動(dòng)阻力小，對路況具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，同時(shí)具有較強(qiáng)的爬坡能力和負(fù)載能力。6圖11Fred Delyn六足仿生機(jī)器人圖11是模仿美國的一種叫Perip laa Americana的蟑螂而設(shè)計(jì)的仿生機(jī)器人，機(jī)器人的整個(gè)身體比例約是該蟑螂的12到17陪左右。周期步態(tài)指各腿的運(yùn)動(dòng)周期相同，且任一腿的運(yùn)動(dòng)周期不隨時(shí)間而變化.“六足綱”昆蟲在運(yùn)動(dòng)過程中，可以以不同的周期 (dutyf actor)指腿i支撐在地面上的時(shí)間占整個(gè)運(yùn)動(dòng)周期的比例: 以下有荷因數(shù)用Q表示，Q=腿i的支撐相時(shí)間/腿i的周期；Qi=腿i的支撐時(shí)間/腿i的周期若Qi=0,i=1,2，…，2k(2k為總足數(shù))，則步態(tài)稱為規(guī)則步態(tài)(regular)腿i的相對相位，9指第i足的觸地時(shí)刻相對于第一足的延時(shí)在一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期中的比例Si=(tit1) /T 0≤Si≤l。當(dāng)一組三角形支架中所有的足同時(shí)提起時(shí)，另一組三角形支架的三只足原地不動(dòng)，支撐身體，并以其中足為支點(diǎn)，前足脛節(jié)的肌肉收縮，拉動(dòng)身體向前，后足脛節(jié)的肌肉收縮，將蟲體往前推，因此身體略作以中足為支點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)蟲體的重心落在另一組“三角形支架”的三足上，然后再重復(fù)前一組的動(dòng)作，相互輪換周而復(fù)始。123465圖 31 腿部組圖簡圖12圖中 5 腿為 A 組；并用實(shí)線表示。1235461 11 122 223 33 34 44445 5555（A）66 666圖 36 六足步態(tài)示意圖（B）（C）（D）（F）（E）123圖A、B、C、D、E、F表示完成前進(jìn)一步的過程，其中：圖37（A）：5抬起向前；圖37（B）：抬起的5放下后，6抬起；圖37（C）：5向后移動(dòng)半步，做位置調(diào)整， 6向前；圖37（D）：6放下，5抬起的；圖37（E）：6向后移動(dòng)半步長；圖37（F）：六條腿均落地，回到最初的狀態(tài)。 功能分解要避開障礙物，首先探測到障礙物，其次能完成繞開障礙物，這就要求機(jī)器人能完成前進(jìn)，后退、左右轉(zhuǎn)彎動(dòng)作。表41 I/O引腳分配表引腳端口 功能分配 接左邊的六個(gè)舵機(jī) 接右邊的六個(gè)舵機(jī) 接觸位開關(guān) 舵機(jī)模塊設(shè)計(jì)（1）舵機(jī)的概述 舵機(jī)最早出現(xiàn)在航模運(yùn)動(dòng)中。以180度角度伺服為例，那么對應(yīng)的控制關(guān)系如表42 所示。與單片機(jī)引腳對應(yīng)關(guān)系如表 43 所示。中斷：判斷是否進(jìn)入中斷，進(jìn)入中斷后引腳電平取反。/*開中斷*/ ET0=1。要設(shè)計(jì)一個(gè)即能控制多個(gè)舵機(jī)，又能盡可能用定時(shí)器來精確控制的舵機(jī)控制算法。也就是在一個(gè)周期時(shí)間里（20ms）控制了 12 電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。 定時(shí)器重置初值，定時(shí)時(shí)間為 p01 高電平持續(xù)時(shí)間t2，flag1++,break 結(jié)束中斷程序flag1=4 時(shí)：p01=0。單片機(jī)內(nèi)部兩個(gè)定時(shí)間器同時(shí)使用，且設(shè)置了同一優(yōu)先級時(shí)，二者肯定在某一時(shí)刻會(huì)產(chǎn)生沖突這就要求在中斷程序執(zhí)行時(shí)間盡可能短，即使產(chǎn)生沖突也不會(huì)影響其功能實(shí)現(xiàn)。 else c=20850a。 TL0=(a%256)。用單片機(jī)的一個(gè)定時(shí)器產(chǎn)生舵機(jī)所需要的控制脈沖，控制脈沖程序流程圖 49 所示。 本設(shè)計(jì)的避開障礙物傳感器采用一對微動(dòng)開關(guān)。（2）舵機(jī)的結(jié)構(gòu)和控制 一般來講，舵機(jī)主要由以下幾個(gè)部分組成， 舵盤、減速齒輪組、位置反饋電位計(jì)5k、直流電機(jī)、控制電路板等。該電路具有PDIP、TQFP和PLCC等封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求。 本章小結(jié)本章 研究六足機(jī)器人三角行走步態(tài)，分析了機(jī)器人三角步態(tài)穩(wěn)定性和穩(wěn)定裕量的計(jì)算，規(guī)劃了典型直線行走步態(tài)和定點(diǎn)轉(zhuǎn)彎步態(tài)，并對典型直線行走步態(tài)和定點(diǎn)轉(zhuǎn)彎步態(tài)進(jìn)行了詳細(xì)分析，給出各種步態(tài)動(dòng)作時(shí)落足點(diǎn)的位置矢量表達(dá)式，為機(jī)器人行走奠定基礎(chǔ)。15XYPMNO1圖 35 三角步態(tài)穩(wěn)定圖B(X2,Y2)A(X1,Y1)C（X3,Y3）d1d2d3圖中，設(shè) A、B、C在XOY平面坐標(biāo)為:A( Xl,Yl)、B( X2,Y2)、C( X3,Y3 )，OM、ON,OP為原點(diǎn)到直線AB