舵机控制型机器人设计

课程设计项目说明书

舵机控制型机器人设计

学院机械工程学院

专业班级2013级机械创新班

姓名吴泽群王志波谢嘉恒袁土良指导教师王苗苗

提交日期 2016年4 月1日

华南理工大学广州学院

任务书

兹发给2013级机械创新班学生吴泽群王志波谢嘉恒袁土良

《产品设计项目》课程任务书，内容如下：

1. 题目：舵机控制型机器人设计

2.应完成的项目： 1.设计舵机机器人并实现运动

2.撰写机器人说明书

3.参考资料以及说明：

[1] 孙桓.机械原理[M].北京.第六版;高等教育出版社，2001

[2] 张铁，李琳，李杞仪.创新思维与设计[M].国防工业出版社，2005

[3] 周蔼如.林伟健.C++程序设计基础[M].电子工业出版社.北京.2012.7

[4] 唐增宏.常建娥.机械设计课程设计[M].华中科技大学出版社.武汉.2006.4

[5] 李琳.李杞仪.机械原理[M].中国轻工业出版社.北京.2009.8

[6] 何庭蕙.黄小清.陆丽芳.工程力学[M].华南理工大学.广州.2007.1

4.本任务书于2016 年2 月27 日发出，应于2016 年4月2 日前完

成，然后提交给指导教师进行评定。

指导教师（导师组）签发2016年月日

评语：

总评成绩：

指导教师签字：

年月日

目录

摘要 (1)

第一章绪论 (2)

1.1机器人的定义及应用范围 (2)

1.2舵机对机器人的驱动控制 (2)

第二章舵机模块 (3)

2.1舵机 (3)

2.2舵机组成 (3)

2.3舵机工作原理 (4)

第三章总体方案设计与分析 (6)

3.1 机器人达到的目标动作 (6)

3.2 设计原则 (6)

3.3 智能机器人的体系结构 (6)

3.4 控制系统硬件设计 (6)

3.4.1中央控制模块 (7)

3.4.2舵机驱动模块 (7)

3.5机器人腿部整体结构 (8)

第四章程序设计 (9)

4.1程序流程图 (9)

4.2主要中断程序 (9)

4.3主程序 (11)

参考文献 (13)

附录 (14)

一．程序 (14)

二．硬件图 (17)

摘要

机器人是上个世纪中叶迅速发展起来的高新技术密集的机电一体化产品，在发达国家，工业机器人已经得到广泛的应用。随着科学技术的发展，机器人的应用范围也日益扩大，遍及工业、国防、宇宙空间、海洋开发、医疗康复等领域。进入21世纪，人们已经越来越亲身地感受到机器人的深入生产，深入生活，深入社会的坚实步伐。

机器人技术在不断发展提高，机器人系统中的驱动装置也在不断更新，用以满足更高的控制要求。舵机就是在机器人驱动装置发展中诞生的新型驱动装置。

本次课程设计应用MG995舵机与C51单片机来对二足机器人完成一系列制定的动作，用单片机实现了对舵机的控制，概述了程序控制思路。基于舵机实现对二足机器人关节控制信号产生，关节摆动速度和角度还有同步运动的控制，使其能完成如向前行走、向后行走、蹲下、起立、检测障碍等一系列动作。次设计可用于学校机器人教学，还可以用于机器人玩具产品开发等领域。

关键词：二足机器人；MG995舵机控制；动作设计；C51单片机

第一章绪论

1.1机器人的定义及应用范围

机器人是能自动执行工作的机器装置。既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据人工智能技术制定的原则行动。它的任务是协助或取代人类的一些工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。

国际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致。一般说来，人们都可以接受这种说法，即机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器，是一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。”

机器人的产生是一个科学技术发展的综合结果，也是生产力发展的必然结果，人们总是期待有种机器能够代替我们去从事复杂和繁重的体力劳动，社会的发展总是需要进行大批量的生产制造，需要不断的提高生产效率，可以说机器人是为了满足我们的发展需要而创造出来的。而后发展的各种各样的机器人也是由于人类的需要所设计的，随着人们需求角度的增加，各种各样的机器人还会在今后问世。

我国的机器人专家从应用环境出发，将机器人分为两大类，即工业机器人和特种机器人。工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。而特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人，包括：服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人等。

1.2舵机对机器人的驱动控制

机器人上身的手臂结构是由多舵机组成的。舵机是一种位置伺服的驱动器，适用于需要角度不断变化并可以保持的控制系统。

在机器人机电控制系统中，舵机控制效果是性能的重要影响因素。舵机可以在微机电系统和航模中作为基本的输出执行机构，其简单的控制和输出使得单片机系统非常容易与之接口。

舵机与外界的连接端口只有三端，其中与单片机的接口只有一端，称之为控制线，另外两端分别接电源与电源地，为电源线与地线。舵机的控制信号是PWM信号，利用占空比的变化改变舵机的位置。

本设计的二足机器人的6个运动关节都是用舵机实现，设计机器人的动作其实就是对结构机器人关节舵机的一个控制过程。

第二章舵机模块

2.1舵机

舵机是一个闭环控制系统。其输入信号为周期为20Ms，脉宽变化范围为0.5Ms到2.5Ms 的PWM波。PWM信号经过解调后得到一个直流偏置电压，舵机中的直流电机与一个电位器相连，直流电机的转动带动电位器转动，电位器又可以输出一个电压（这是反馈信号），直流偏置电压与这个电位器得到的电压经过电压比较器后得到的电压差输入控制芯片中，来完成对对舵机的控制。所以对舵机的控制，即对PWM波形的控制。

以上说的是位置伺服舵机的原理，其实速度伺服舵机的原理是大同小异的，只不过随直流电机转动的电位器变成了事先固定好的电位器或电阻，输出一个固定的电压，这个电压对应的就是使舵机停转的PWM信号得到的直流偏置电压值，所以也可以通过调整这个电压的值，来调整舵机停转的PWM脉宽。

当PWM的脉宽为0.5Ms或2.5Ms时，舵机正转或反转的速度最快，当脉宽越接近1.5Ms 时转速越慢，当脉宽为1.5Ms时舵机停转

2.2舵机组成

图2-1舵机内部结构