多自由度双足机器人设计(附件)【字数：11190】
摘 要摘 要本文设计制作了一个六自由度双足机器人，要求控制双足机器人完成立正、步行、翻转等动作。根据需求进行机器人的机械结构设计，机器人骨架选用铝合金材料，轻便结实，关节由舵机驱动，选用了LD-1501MG和LD-3015MG大扭矩舵机分别作为机器人的足部、膝部和肩部，根据运动需求分配了各关节的自由度。机器人的控制系统分为上层和下层，上层使用上位机软件进行动作组编辑，将动作组通过串口传输给下层执行；下层为机器人控制板，以STC12C5A单片机为主控芯片，依靠输出脉冲宽度（PWM）控制舵机旋转角度，实现舵机的角度控制，精确控制机器人完成各种动作。对作品进行系统的调试，调整了舵机偏差，调试了舵机控制系统。编写机器人动作，下载动作组后，切断USB下载线，完成了机器人的脱机运作。通过对硬件的调试以及软件的编写，实现了脱机控制机器人运动的功能。关键词六自由度；双足机器人；STC 51单片机；舵机
目录
第一章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2国内外机器人研究发展概况 1
1.2.1国外机器人研究发展概况 1
1.2.2国内机器人研究发展概况 2
1.3双足机器人的概述 3
1.4课题研究内容 4
第二章 系统整体方案设计 5
2.1系统设计预期目标 5
2.2 系统设计概述 5
2.2.1 设计双足机器人的要点 5
2.2.2机器人的设计思路 6
2.3 系统设计细节分析 6
2.3.1 双足机器人的材料选择 6
2.3.2 驱动方式选择 7
2.3.3机器人自由度的分配 8
2.4机器人的步态规划 9
2.5系统整体框图 12
第三章 双足机器人的技术实现 13
3.1机器人端硬件部分 13
3.1.1 机器人机械结构设计 13
3.1.2 STC 51系列单片机 16
3.1.3 机器人的控制板 16
3.1.4 机器人的电源部分 17
3.1.5舵机的选型 18
3.2 软件部分 19
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
/> 3.2.1 单片机控制部分 20
3.2.2舵机的控制方式 21
3.2.3上位机软件 22
第四章 作品调试 25
4.1双足机器人的硬件调试 25
4.1.1机器人的框架组装 25
4.1.2调整舵机的偏差 26
4.1.3主控板调试 27
4.2 双足机器人的软件调试 28
4.2.1设置USB下载 28
4.2.2上位机软件调试 28
4.2.3双足机器人脱机运行 29
结 论 30
致 谢 31
参考文献 32
第一章 绪论
1.1研究背景
人是地球上最高级的生物，机器人则是根据人的外形制造的，具有人的智能和灵活性，并能不断适应新环境的机械。制造出和人行动力相似、拥有智能、可以与人交流的仿真人的机器人一直是机器人研究的最高目标。
一直以来，机器人技术是当代人们最关注的科学研究领域之一。机器人通过计算机编程可以自动的完成规定的操作，因而具有很高的灵活性与可靠性，是典型的集高自动化与人工智能化两者为一体的机电一体化设备。机器人拥有巨大的信息储存能力、信息处理能力和快速的反应能力。
双足步行这种动态系统包含的各方面知识，并且双足步行机器人的自动化程度也是几种机器人之中最高的。双足步行系统包含相当丰富的动力学特性，在多种步行方式中，双足步行方式相对于其他步行种类机器人来说对机器人的行进地势环境要求很少。双足机器人在各种不同的步行环境都能适应自如。
双足机器人与其他种类机器人相比，脚部的支撑面积小、质心的相对位置高。所以双足机器人是多种机器人控制难度最高的复杂动态系统。但是由于双足机器人与其它种类步行机器人相比具有独特的优势，更加灵活、对环境的适应性更好。更适合在人类的生活或工作环境中工作或协助人类。随着社会的不断发展，机器人及一些其他自动化设备提供的劳动力代替人工劳力是大势所趋。目前机器人工业在世界范围内很受瞩目。
1.2国内外机器人研究发展概况
1.2.1国外机器人研究发展概况
目前，机器人技术正在逐渐渗透到人们生活的方方面面，这种新兴的技术能够帮助人们提高生产效率，改善生产方式。
1948年美国的阿贡实验室诞生了第一代的具有遥控功能的机械手臂，当时研究制造机械手臂的原因是为了保护原子能工作人员不会被放射线照射。人们可以使用遥控机械臂代替人力远距离对放射性材料进行操作。
1956 年，英格尔博格将数字控制技术与机械手臂相结合生产了第一台工业机器人。当时主要是为了克服串联机构累积的系统误差，以便达到较高的空间定位精度[]。
1968年,美国的R.smosher(通用电气公司)试制了一台叫Rig0的操纵型双足行走机器人,它只有跺和髓两个关节,操纵者靠力的反馈来保持机器平衡,揭开了双足机器人研制的序幕[]。
1969年日本旱稻田大学加藤实验室研制了具有六个自由度的仿人机器人,利用人造橡胶模拟肌肉收缩来转动关节从而实现迈步，但由于气体的可伸缩性,该机器人行走不太稳定[]。
目前，国外的工业机器人研究发展已取得很大的进展，用于制造业或大型机械生产的工业类机器人已成为一种标准设备，从而拥有巨大的市场，产业发展的前景很好。现在，越来越多的公司加入机器人制造这个新兴产业，例如瑞典的ABB公司、日本的安川公司等致力于机器人研究发展的科技公司。
另一方面，特种机器人的市场也是非常广泛的，单独来说特种机器人的其中一种——排爆机器人，它是一种小型的地面移动型机器人，体积小并且非常灵活。在打击恐怖主义的斗争中，可以执行如防爆、排除爆炸物等任务，或进行战斗信息收集等功能。也可推广用于武装巡逻、战斗执勤等等高危险任务。
目前，国外的排爆机器人已经能够应用于实战中，技术比较先进，但缺点是生产昂成本过高；我国在这方面的技术也已取得一些进展，但是整体水平还比较落后。
目录
第一章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2国内外机器人研究发展概况 1
1.2.1国外机器人研究发展概况 1
1.2.2国内机器人研究发展概况 2
1.3双足机器人的概述 3
1.4课题研究内容 4
第二章 系统整体方案设计 5
2.1系统设计预期目标 5
2.2 系统设计概述 5
2.2.1 设计双足机器人的要点 5
2.2.2机器人的设计思路 6
2.3 系统设计细节分析 6
2.3.1 双足机器人的材料选择 6
2.3.2 驱动方式选择 7
2.3.3机器人自由度的分配 8
2.4机器人的步态规划 9
2.5系统整体框图 12
第三章 双足机器人的技术实现 13
3.1机器人端硬件部分 13
3.1.1 机器人机械结构设计 13
3.1.2 STC 51系列单片机 16
3.1.3 机器人的控制板 16
3.1.4 机器人的电源部分 17
3.1.5舵机的选型 18
3.2 软件部分 19
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
/> 3.2.1 单片机控制部分 20
3.2.2舵机的控制方式 21
3.2.3上位机软件 22
第四章 作品调试 25
4.1双足机器人的硬件调试 25
4.1.1机器人的框架组装 25
4.1.2调整舵机的偏差 26
4.1.3主控板调试 27
4.2 双足机器人的软件调试 28
4.2.1设置USB下载 28
4.2.2上位机软件调试 28
4.2.3双足机器人脱机运行 29
结 论 30
致 谢 31
参考文献 32
第一章 绪论
1.1研究背景
人是地球上最高级的生物，机器人则是根据人的外形制造的，具有人的智能和灵活性，并能不断适应新环境的机械。制造出和人行动力相似、拥有智能、可以与人交流的仿真人的机器人一直是机器人研究的最高目标。
一直以来，机器人技术是当代人们最关注的科学研究领域之一。机器人通过计算机编程可以自动的完成规定的操作，因而具有很高的灵活性与可靠性，是典型的集高自动化与人工智能化两者为一体的机电一体化设备。机器人拥有巨大的信息储存能力、信息处理能力和快速的反应能力。
双足步行这种动态系统包含的各方面知识，并且双足步行机器人的自动化程度也是几种机器人之中最高的。双足步行系统包含相当丰富的动力学特性，在多种步行方式中，双足步行方式相对于其他步行种类机器人来说对机器人的行进地势环境要求很少。双足机器人在各种不同的步行环境都能适应自如。
双足机器人与其他种类机器人相比，脚部的支撑面积小、质心的相对位置高。所以双足机器人是多种机器人控制难度最高的复杂动态系统。但是由于双足机器人与其它种类步行机器人相比具有独特的优势，更加灵活、对环境的适应性更好。更适合在人类的生活或工作环境中工作或协助人类。随着社会的不断发展，机器人及一些其他自动化设备提供的劳动力代替人工劳力是大势所趋。目前机器人工业在世界范围内很受瞩目。
1.2国内外机器人研究发展概况
1.2.1国外机器人研究发展概况
目前，机器人技术正在逐渐渗透到人们生活的方方面面，这种新兴的技术能够帮助人们提高生产效率，改善生产方式。
1948年美国的阿贡实验室诞生了第一代的具有遥控功能的机械手臂，当时研究制造机械手臂的原因是为了保护原子能工作人员不会被放射线照射。人们可以使用遥控机械臂代替人力远距离对放射性材料进行操作。
1956 年，英格尔博格将数字控制技术与机械手臂相结合生产了第一台工业机器人。当时主要是为了克服串联机构累积的系统误差，以便达到较高的空间定位精度[]。
1968年,美国的R.smosher(通用电气公司)试制了一台叫Rig0的操纵型双足行走机器人,它只有跺和髓两个关节,操纵者靠力的反馈来保持机器平衡,揭开了双足机器人研制的序幕[]。
1969年日本旱稻田大学加藤实验室研制了具有六个自由度的仿人机器人,利用人造橡胶模拟肌肉收缩来转动关节从而实现迈步，但由于气体的可伸缩性,该机器人行走不太稳定[]。
目前，国外的工业机器人研究发展已取得很大的进展，用于制造业或大型机械生产的工业类机器人已成为一种标准设备，从而拥有巨大的市场，产业发展的前景很好。现在，越来越多的公司加入机器人制造这个新兴产业，例如瑞典的ABB公司、日本的安川公司等致力于机器人研究发展的科技公司。
另一方面，特种机器人的市场也是非常广泛的，单独来说特种机器人的其中一种——排爆机器人，它是一种小型的地面移动型机器人，体积小并且非常灵活。在打击恐怖主义的斗争中，可以执行如防爆、排除爆炸物等任务，或进行战斗信息收集等功能。也可推广用于武装巡逻、战斗执勤等等高危险任务。
目前，国外的排爆机器人已经能够应用于实战中，技术比较先进，但缺点是生产昂成本过高；我国在这方面的技术也已取得一些进展，但是整体水平还比较落后。
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