【正文】 定時(shí)器重置初值，定時(shí)時(shí)間為() flag1++,break 結(jié)束中斷程序flag1=5 時(shí)：p02=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。flag1=1 時(shí)：p00=1。flag1 ,flag2 為兩個(gè)標(biāo)志位。所以初始化的時(shí)候，將所有電機(jī)的位置定在 90 度的位置。端口 ~,~ 是舵機(jī)控制端口。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。定時(shí)器在計(jì)數(shù)時(shí)不占用 CPU 時(shí)間，且兩個(gè)定時(shí)器可以并行工作，所以兩個(gè)定時(shí)器在忽略中斷執(zhí)行時(shí)間時(shí)，對(duì)電機(jī)控制幾乎是并行的。如圖 410（b）是 8 個(gè)舵機(jī)在一個(gè)周期內(nèi)電平變化 16 次。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。所以本設(shè)計(jì)采用后者。具體的實(shí)現(xiàn)方法有兩種，一種是采用延時(shí)方法來產(chǎn)生脈沖，另外一種是用定時(shí)器的方法。不論電機(jī)要轉(zhuǎn)過的角度是多少，對(duì)不同引腳控制時(shí)間間隔為 ，那么在 20ms 內(nèi)最多可以控制 8 路信號(hào)（20ms/=8） 。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(duì)應(yīng)的角度。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。但如果要控制12 個(gè)之多的舵機(jī)，顯然是不夠現(xiàn)實(shí)的。 /*判斷脈寬是否在正常范圍之內(nèi)*/ } 程序中的 162540 等數(shù)字為定時(shí)器初值。c=2540)c=a。 /*重新定義計(jì)數(shù)初值*/ if(c=508amp。 /*20850 代表 20 ms，為一個(gè)周期的時(shí)間*/ TH0=(c/256)。) { /*在這個(gè) for 循環(huán)中，可以根據(jù)程序需要 在任何時(shí)間改變 a、b 值來改變脈寬的輸 出時(shí)間，從而控制舵機(jī)*/ } } /*以下函數(shù)為定時(shí)器中斷函數(shù)*/ /*定時(shí)器 1，控制舵機(jī) 1，輸出引腳為 P12，可自定義*/void timer0(void) interrupt 1 using 1 {p12=!p12。 PT0=1。 TR0=1。 /*設(shè)定定時(shí)器初始計(jì)數(shù)值*/ EA=1。 TH1=(b/256)。 TH0=(a/256)。 /*數(shù)值 1620 即對(duì)應(yīng) ，為舵機(jī)的中間 90 度的位置*/ c=a。 a=1620。 /*主程序*/ void main(void) {31TMOD=0x11。 /*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。并改變定時(shí)器初值，定時(shí)間為 Tt。=1：將控制引腳端口置高電平。圖 48 舵機(jī)的控制脈沖圖30圖 49 控制脈沖程序流程圖流程圖說明：初始化部分：設(shè)定定時(shí)器初值，定時(shí)時(shí)間為舵機(jī)脈沖寬度時(shí)間 t。 舵機(jī)的控制脈沖如圖 48 所示，t=(~),T=20ms。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。也就是，給舵機(jī)提供一定寬度的脈沖，它的輸出軸就會(huì)保持在一個(gè)相對(duì)的角度上，無論外界的轉(zhuǎn)矩怎樣變化，直到給它提供一個(gè)另外寬度的脈沖信號(hào)，它才會(huì)改變輸出角度到新的對(duì)應(yīng)位置上。系統(tǒng)軟件的總體流程圖如 46 所示：28開始初始化記錄當(dāng)前狀態(tài)右轉(zhuǎn)中間有障礙物？左邊有障礙物？是否有障礙物？后退，轉(zhuǎn)180 度右邊有障礙物？NNYY左轉(zhuǎn)恢復(fù)狀態(tài)YNYN圖 46 系統(tǒng)軟件的總體流程圖 單個(gè)舵機(jī)控制方法從 到 ，相對(duì)應(yīng)舵盤的位置 0~180 度，呈線性變化，如圖 47 所示。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。27表 43 探測(cè)障礙物的傳感器與單片機(jī)引腳對(duì)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。圖 44 微動(dòng)開關(guān)安裝位置圖left, right 分別為左邊和右邊的探測(cè)障礙物的傳感器。安裝在機(jī)器人的前部，做成兩個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)的觸角，用來探測(cè)前方是否有障礙物。圖 43 微動(dòng)開關(guān)示意圖接觸形式傳感器的優(yōu)勢(shì)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。刀 K 與觸點(diǎn) A、B 關(guān)系一個(gè)常開、另一個(gè)常閉。接觸式傳感器一般用微動(dòng)開關(guān),當(dāng)機(jī)器人接觸到物體時(shí)間可以從產(chǎn)生電位的變化中檢測(cè)到。所以避開障礙物的功能實(shí)現(xiàn)，傳感器的選擇將是首要解決的問題。 [12]。表42 時(shí)基脈沖與舵機(jī)角度對(duì)應(yīng)表脈沖值（ms ） 對(duì)應(yīng)角度（度）0 45 90 135 18026 避障模塊設(shè)計(jì)動(dòng)作的能力。 舵機(jī)的控制一般需要一個(gè)20ms 左右的時(shí)基脈沖，該脈沖的高電平部分一般~ 范圍內(nèi)的角度控制脈沖部分。 工作原理：控制電路板接受來自信號(hào)線的控制信號(hào)（具體信號(hào)待會(huì)再講），控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)帶動(dòng)一系列齒輪組，減速后傳動(dòng)至輸出舵盤。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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。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(cè)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。 的脈沖來控制舵機(jī)的角度變化，隨著以 CPU 為主的數(shù)字革命的興起，現(xiàn)在的舵機(jī)已成為模擬舵機(jī)和數(shù)字舵機(jī)并存的局面，但即使是現(xiàn)在的數(shù)字舵機(jī)，177。由此可見，凡是需要操作性動(dòng)作時(shí)都可以用舵機(jī)來實(shí)現(xiàn) [11]。舵機(jī)因此得名：控制舵面的伺服電機(jī)。在航空模型中，飛行機(jī)的飛行姿態(tài)是通過調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)和各個(gè)控制舵面來實(shí)現(xiàn)的。如表41所示。常用的AT89S52封裝電路為PDIP形式，其圖如圖42所示。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。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(jí)中斷結(jié)構(gòu)。 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)中央控制模塊是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，本次設(shè)計(jì)采用微處理器AT89S52為核心構(gòu)成，負(fù)責(zé)舵機(jī)協(xié)調(diào)動(dòng)作處理，障礙檢測(cè)數(shù)據(jù)處理等功能。從而完成機(jī)器人的前進(jìn)、后退以及轉(zhuǎn)彎。蔽障右轉(zhuǎn)左轉(zhuǎn)后退_set_time()有 12 個(gè)參數(shù)對(duì)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。動(dòng)作的協(xié)調(diào)完美性的實(shí)現(xiàn)，要求了在任一時(shí)刻能夠做出12 個(gè)舵機(jī)的同步動(dòng)作控制。在完成的避開障礙物的過程中來體現(xiàn)全方位的六足步態(tài)。22第四章 六足仿生機(jī)器人的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要任務(wù)是完成全方位步態(tài)的軟件設(shè)計(jì)，也就是對(duì)12個(gè)舵機(jī)的調(diào)度和控制?？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。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(zhǎng)度近似為L(zhǎng)) [9]。下面以左轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)步態(tài)為例子來分析它的步態(tài)。3. 5“三角步態(tài)”定點(diǎn)轉(zhuǎn)彎步態(tài)設(shè)計(jì)“三角步態(tài)”定點(diǎn)轉(zhuǎn)彎步態(tài)也將步態(tài)周期劃分為4個(gè)執(zhí)行階段，其擺腿順序也有2種:A到B組或B組到A組。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(zhǎng)，做姿勢(shì)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)。機(jī)器人通過重復(fù)著上圖的動(dòng)作就可以實(shí)現(xiàn)六足機(jī)器人的擺動(dòng)相和支撐相的交替過程。六足仿生機(jī)器人直線行走步態(tài)示意圖如圖36所示。直線AB方程為: (Y12)X= +垂線OM的方程為： ()21由上兩式解得直線AB和直線OM的交點(diǎn)M (XM ，YM)的坐標(biāo)為: 22(Y1)X)=[+(]22(X)1Y)M=[+(]則：dl= = O2XY?同理，可以求得d2= , d3= 。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。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。? (31)（32）14 六足機(jī)器人的穩(wěn)定性分析 穩(wěn)定性分析步行機(jī)器人任一時(shí)刻姿態(tài)圖如圖34所示。???13??LH(a)X 軸Z 軸OAiAY 軸X 軸OA?(b)hS/2L圖 33 腿部簡(jiǎn)圖由圖 3 3(a)可得六足步行機(jī)器人髓關(guān)節(jié)電機(jī)向上旋轉(zhuǎn) 角度時(shí)，立足點(diǎn)A在Z方向?提升高度h，六足步行機(jī)器人腿部Z方向提升高度計(jì)算結(jié)果為： 2h=L+Hsin co(artn)2HL??由表達(dá)式(31)，可以確定靛關(guān)節(jié)電機(jī)旋轉(zhuǎn) 角度與立足點(diǎn)A在Z方向提升高度h的定量關(guān)系。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)。圖中 6 腿為 B 組；并用虛線表示。機(jī)器人步態(tài)的規(guī)劃包括:步態(tài)穩(wěn)定性分析，直行步態(tài)規(guī)劃與分析，定點(diǎn)轉(zhuǎn)彎步態(tài)規(guī)劃與分析等。該步 態(tài) 是 將機(jī)器人的6條腿分為2組，腿5為A組，分別為Al,A2, A3，腿6為B組，分別為B1, B2, B3，步行過程2組腿交替地?cái)[起、放下。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)。向上移動(dòng)的最大角度是30度。整個(gè)腿有大腿和小腿組成，通過髖關(guān)節(jié)的正交電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了豎直方向的抬起和水平方向的移動(dòng)。其遠(yuǎn)動(dòng)步態(tài)主要仿生的對(duì)象是“六足綱”昆蟲。 [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?jī)刹糠?，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?jī)刹糠纸M成。這種行走方式使昆蟲可以隨時(shí)隨地停息下來，因?yàn)橹匦目偸锹湓谌侵Ъ苤畠?nèi)。身體左側(cè)的前、后足及右側(cè)的中足為一組，右側(cè)的前、后足和左側(cè)的中足為另一組，分別組成兩個(gè)三角形支架。三角步態(tài) (或交替三角步態(tài)、3+3步態(tài))，是Q =1/2時(shí)的波形步態(tài)，運(yùn)動(dòng)時(shí)六條腿成兩組三角形交替支撐邁步前進(jìn)。(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)。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。回程時(shí)間tr，指腿在懸空相的持續(xù)時(shí)間。行間距，指橫向運(yùn)動(dòng)時(shí)，機(jī)體前后足對(duì)行程中點(diǎn)的間距。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。步距 ( stride length)，指一個(gè)完整的腿循環(huán)中機(jī)體重心移動(dòng)的位置。運(yùn)動(dòng)周期T指周期步態(tài)中