【文章內(nèi)容簡介】 8A。這樣的電流會讓舵機(jī)線發(fā)熱，并產(chǎn)生比較大的電壓降，最后一個CDS5500 可能因?yàn)檠赝径鏅C(jī)線的分壓而導(dǎo)致工作電壓過低，CDS5500在電壓過低時會出現(xiàn)復(fù)位、數(shù)據(jù)通訊不正常等等狀況。本設(shè)計使用了10個舵機(jī)，每個足串聯(lián)兩個CDS5500，每個CDS5500出于舵機(jī)模式，在進(jìn)行舵機(jī)測試時超過角度限制，出現(xiàn)過載，進(jìn)入保護(hù)模式，切斷了舵機(jī)的扭矩輸出，舵機(jī)處于沒有力量的狀態(tài)。這種情況下我一般采取重新?lián)Q一個舵機(jī)，但也可以重新啟動舵機(jī)的扭矩輸出。 本次畢業(yè)設(shè)計搭建的四足步行機(jī)器人圖211 本設(shè)計搭建的機(jī)器人圖212 本設(shè)計搭建的機(jī)器人安裝時要注意細(xì)節(jié)的處理，如一定要注意在進(jìn)行舵機(jī)調(diào)試前盡量不要使舵機(jī)轉(zhuǎn)動，不然在后面的舵機(jī)調(diào)試和步態(tài)設(shè)計時的參數(shù)確定會出現(xiàn)混亂，重則影響實(shí)驗(yàn)效果，給實(shí)驗(yàn)運(yùn)行帶來不必要的麻煩。安裝機(jī)器人四足時一定要注意安裝的方向是否正確，如圖213，joint7的舵機(jī)安裝方向應(yīng)該組成一個逆時鐘的方向，而joint8的舵機(jī)安裝方向應(yīng)該組成一個逆時鐘的方向，不然和造成后面程序設(shè)計與舵機(jī)運(yùn)動方向不對應(yīng)，而引起混亂。圖213 機(jī)器人四足方向的確定第3章 機(jī)器人的步態(tài)設(shè)計 前進(jìn)步態(tài)多足機(jī)器人的行走方式按照平衡實(shí)現(xiàn)方式可以分為兩種，一種是接近動物行走方式的動態(tài)平衡方式，另一種是靜態(tài)平衡方式。在設(shè)計步態(tài)之前，我們先設(shè)置好約束條件：（1）機(jī)器人在任一個時刻必須有不少于 3 個支撐足。（2）機(jī)器人的重心的投影必須在 3 或4 個支持點(diǎn)所圍成的多邊形內(nèi)。 簡單的步態(tài)設(shè)計圖31 靜止?fàn)顟B(tài)如圖31，可以看到，重心處于4 個支點(diǎn)的正中心，這意味著失去任何一個支點(diǎn)，構(gòu)型的重心都將處于其它三個支點(diǎn)所構(gòu)成的三角形的一條邊上，構(gòu)型會有向一側(cè)傾覆的危險。所以為了讓構(gòu)型能夠平穩(wěn)的抬起一支腳需要先讓重心移動，如圖32，先控制所有的足向后方平移，在摩擦力的作用下，軀干將向前探出。圖32 重心前移后前移后的重心位于ABC 區(qū)域和ABD 區(qū)域中。圖33 右前進(jìn)步態(tài)如圖33，選擇移動Ｄ，落地后的D 足與A、C 足形成的ACD 區(qū)域包含重心，B足被解放出來，可以開始移動了。圖34 恢復(fù)初始狀態(tài)如圖34，右側(cè)的B、D 足向前邁出的動作做完后，開始向后蹬的動作，使重心向左前方移動。圖35 左前進(jìn)步態(tài)機(jī)器人回到剛開始重心前移后的狀態(tài)，但是頭的朝向偏向了左邊。為了彌補(bǔ)方向的偏移，如圖35，左側(cè)的C 足開始向前邁出。C 足落地后，重心在BCD 區(qū)域內(nèi)。A 足得到解放，向前邁出。圖36 恢復(fù)初始狀態(tài)左側(cè)的A、C 足向前邁出完畢，開始向后蹬的動作，使重心向右前方移動。機(jī)器人的頭部回正，如圖36所示。至此一個前進(jìn)運(yùn)動周期就完成了，按照這樣的方法循環(huán)下去，機(jī)器人就會向前一左一右地前進(jìn)了。 改進(jìn)的步態(tài)設(shè)計簡單步態(tài)并不是最理想的，因?yàn)樵谥匦那耙频倪^程中總是4 個支持足同時著地，這樣足的位置變化會在地面上發(fā)生滑動，而滑動會使很多能量浪費(fèi)掉。所以，如果能夠在3 個足著地的狀態(tài)下進(jìn)行機(jī)械足的后蹬運(yùn)動就會節(jié)省更多的能量。圖37 調(diào)整步態(tài)如圖37，重心前一步的步態(tài)做一下調(diào)整，讓A 向前伸出，C 不要直接運(yùn)動到最后方。這是為了讓前進(jìn)步態(tài)周期能夠完美閉合而進(jìn)行的修訂。這時重心在ABC 區(qū)域內(nèi)，讓D 足向前邁出，同時，A、C 足向后蹬。D 足著地后，B 足向前邁出，在B足著地之前機(jī)器人有3 個足著地，這時讓D 后蹬。在重心脫離ACD 區(qū)域前讓B 足著地，與D 足一起后蹬，一旦重心落入ABD 區(qū)域，馬上讓C 足向前邁出。圖38 左前進(jìn)如圖38，在C 足著地前，D 足已經(jīng)后蹬到了規(guī)定位置。C 落地后開始后蹬，并向前邁出A 足，這時B 足后蹬結(jié)束。A 足著地后后蹬，這時向前邁出D 足，完成一個前向運(yùn)動流程。 轉(zhuǎn)向步態(tài)轉(zhuǎn)向步態(tài)有左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)兩種情況，因左轉(zhuǎn)跟右轉(zhuǎn)成鏡像關(guān)系，所以設(shè)計出左轉(zhuǎn)的步態(tài)，就能鏡像的設(shè)計出右轉(zhuǎn)的步態(tài)，這里這說明左轉(zhuǎn)步態(tài)的設(shè)計。 簡單的左轉(zhuǎn)步態(tài)圖39 初始狀態(tài)圖310 轉(zhuǎn)向步態(tài)如圖310，依次邁出D 足、B 足。圖311 轉(zhuǎn)向過程如圖311，讓A、B、C、D 四個足同時蹬地，B、D 后蹬，A、C 前蹬。機(jī)器人軀干向左扭轉(zhuǎn)一個角度。如圖312所示，重心在CBD 區(qū)域中，所以A 足可以移動。讓A 向后邁出后，重心在ABD 區(qū)域中，C 足也可以移動了。讓C 足向后邁出。圖312 轉(zhuǎn)向完成至此，一個完整的原地轉(zhuǎn)向周期就完成。 改進(jìn)的左轉(zhuǎn)步態(tài)重心移動后的狀態(tài)，修正為如圖313所示。讓A、C 向前蹬地，重心在ABC 區(qū)域，向前邁進(jìn)D足。圖313 修正步態(tài)如圖313，D 足著地后，重心在ACD 區(qū)域，C 足繼續(xù)前蹬，D 足后蹬，B 足向前邁出。當(dāng)B 足著地后，C 足移動到了限制位置，重心在BCD 區(qū)域，A 足向后邁出。圖314 轉(zhuǎn)向過程如圖314，A 足著地后，D 足移動到了限制位置，重心在ABD 區(qū)域，C 足向后邁出。如圖315，C 足著地后，機(jī)器人回到了初始狀態(tài)，完成了一個左轉(zhuǎn)周期。圖315 轉(zhuǎn)向完成右轉(zhuǎn)的步態(tài)也可以用這樣的方法實(shí)現(xiàn)，此時邁向前方的是左側(cè)的足。第4章 機(jī)器人的程序設(shè)計 舵機(jī)的設(shè)置本設(shè)計中，舵機(jī)的作用是通過位置控制來實(shí)現(xiàn)步態(tài)設(shè)計，需要利用多功能調(diào)試器來設(shè)置舵機(jī)的初始狀態(tài)，還需利用AVR控制器和northstar軟件來設(shè)置機(jī)器人的舵機(jī)位置序列。舵機(jī)有Motor模式和Servo 模式兩種模式：Servo 模式下可以控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動角度，Motor 模式下可以控制舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)方向。Motor模式與Servo 模式的一點(diǎn)不同是：Motor不能控制到位角度，但是能進(jìn)行不限制的多周旋轉(zhuǎn)，而 Servo 模式能控制旋轉(zhuǎn)角度但最多僅能旋轉(zhuǎn)300 度。 舵機(jī)ID編號和模式設(shè)置一、在設(shè)備管理器中，點(diǎn)擊目錄 “端口”就會出現(xiàn)“USB Serial Port(COMx)”，其中“x”就代表調(diào)試器所接的端口號。二、如41圖所示接好調(diào)試器、主機(jī)和舵機(jī)并且將多功能調(diào)試器調(diào)試到“SERVO”的模式。圖41 舵機(jī)調(diào)試連接三、打開“RobotServoTerminal ”軟件，就會彈出如41圖所示的界面。將右上角的端口設(shè)置成4（假設(shè)端口號是4），波特率設(shè)置成“1000000”，點(diǎn)擊打開鍵，如果指示燈由綠燈變成紅燈，這表示端口已經(jīng)連上。選擇“單節(jié)點(diǎn)”和“定波特率”，點(diǎn)擊開始查找該舵機(jī)的ID地址和狀態(tài)，如圖42，就可以修改和設(shè)置舵機(jī)的ID地址和狀態(tài)了。圖42 舵機(jī)ID和模式設(shè)置 舵機(jī)位置序列設(shè)置圖43 舵機(jī)位置序列設(shè)置連線圖44 舵機(jī)序列位置設(shè)置如圖44，用鼠標(biāo)拖動三維場景中的構(gòu)型就可以生成相應(yīng)的舵機(jī)位置序列，將3D 模型擺放出自己需要的狀態(tài)，單擊“OK”就可以使“Servo”控件記錄下當(dāng)前的狀態(tài)，程序執(zhí)行該控件時，機(jī)器人就會呈現(xiàn)出和三維場景一樣姿態(tài)。如果將機(jī)器人通過多功能調(diào)試器與計算機(jī)相連，還可以在“On‐line Test”控件上打勾，這樣，拖動3D 構(gòu)型時，機(jī)器人也會跟著動起來。還有另一種調(diào)試方式，單擊“Start Service”下載服務(wù)程序，單擊“Open”打開串口，選擇“unload all”，將所有舵機(jī)卸載，這時可以用手直接扭動構(gòu)型的關(guān)節(jié)，把構(gòu)型調(diào)整到我們需要的姿態(tài)，比如初始狀態(tài)，點(diǎn)擊“quary pos”，North Star 會查詢舵機(jī)的當(dāng)前位置，“Property”中的“Angle”值會隨著我們對機(jī)器人的扭動而改變。如果勾選“Save”復(fù)選框，則計算機(jī)讀取的舵機(jī)狀態(tài)將被記錄在列表框中，點(diǎn)擊“OK”即完成一個步態(tài)的編寫。在調(diào)試步態(tài)的過程中，常常會遇到寫一部分調(diào)試一部分的情況，因?yàn)槎鏅C(jī)運(yùn)動的速度參數(shù)很難在實(shí)驗(yàn)前計算到位，所以調(diào)試過一次之后，機(jī)器人的各個關(guān)節(jié)都處于位置鎖死的狀態(tài)，所以我們還會用到另一個功能“Unload all”勾選該選擇框后，所有的舵機(jī)上的力矩將解除，這時我們可以輕松扭動機(jī)器人的每個關(guān)節(jié)了。用上述方法將機(jī)器人的動作分成若干狀態(tài)點(diǎn)，一步步進(jìn)行舵機(jī)運(yùn)動序列調(diào)試，這樣將一個完整的行走流程調(diào)試完后，我們就實(shí)現(xiàn)了4 足機(jī)器人的“前進(jìn)”、“后退”、“左轉(zhuǎn)”、“右轉(zhuǎn)”等基本運(yùn)動方式控制模塊了。 程序基本設(shè)置機(jī)器人在程序的編寫上有兩種方法：第一種是用Northstar 圖形化開發(fā)環(huán)境中，進(jìn)行模塊化編程。通過鼠標(biāo)的拖動類似邏輯框的控件和對控件做簡單的屬性設(shè)置，就可以快捷的編寫機(jī)器人控制程序。程序編輯完后，可以編譯并下載到機(jī)器人控制器中運(yùn)行。第二種是Northstar手寫代碼開發(fā)環(huán)境中，進(jìn)行手動輸入代碼編程。從工具菜單或者工具欄點(diǎn)擊“編輯代碼”，軟件就會切換到“代碼編輯”模式，手動輸入代碼，然后編譯，下載，即可運(yùn)行程序。本次畢業(yè)設(shè)計采用第一種方法，利用Northstar軟件進(jìn)行模塊化編程。 初始化設(shè)置編程一、新建工程如圖45，在Northstar 軟件中新建一個工程，彈出“工程設(shè)置”頁面。“控制器選項(xiàng)”欄選擇當(dāng)前使用的控制器：MultiFLEX2‐AVR；由于搭建的是標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)型，“構(gòu)型”欄選擇“Four Legged”，即“Customized”點(diǎn)擊“下一步”，彈出“舵機(jī)設(shè)置”頁面。 圖 45 新建工程在“舵機(jī)設(shè)置”頁面，機(jī)器人設(shè)置了十個舵機(jī)，1～8號舵機(jī)為機(jī)器人的四足，配置成“舵機(jī)模式”，9號舵機(jī)控制光敏傳感器的轉(zhuǎn)動，配置成“舵機(jī)模式”，10號舵機(jī)控制尾巴的轉(zhuǎn)動，配置成“舵機(jī)模式”，如圖46所示。圖46 舵機(jī)配置實(shí)驗(yàn)用到的兩只光強(qiáng)傳感器分別對應(yīng)兩路AD 信號，所以在AD 頁面中我們在“Number of AD channels you are using”中填入數(shù)字2，如圖47所示。實(shí)驗(yàn)未使用IO 傳感器，所以IO 傳感器數(shù)量設(shè)為0，如圖48所示。圖 47 AD配置圖 48 IO配置二、添加變量我們需要添加兩個變量來儲存光強(qiáng)傳感器獲得的光強(qiáng)數(shù)值。如圖49所示，鼠標(biāo)右擊流程圖空白處，在彈出的菜單里選擇“Add variable”，生成一個Variable 控件，雙擊該控件進(jìn)入其屬性頁，選擇變量類型，輸入變量名，點(diǎn)擊“OK”按鈕。 圖 48 IO配置添加變量的方式有兩種：一是在流程圖空白處右擊鼠標(biāo)，在彈出的菜單中選擇“添加變量”；二是從左側(cè)控件欄“程序模塊”里拖一個“變量”控件到流程圖里。圖 49 添加變量兩者的效果是一樣的。在“變量”控件的屬性里，輸入變量名及變量類型，如圖410所示。本設(shè)計共需要3個變量，每個變量對應(yīng)一個控件。圖 410