基于51单片机的四足机器人课件.doc
《基于四足机器人的导航与路径规划方法研究》

《基于四足机器人的导航与路径规划方法研究》一、引言随着科技的飞速发展,四足机器人作为一种新型的移动平台,在军事、救援、物流等领域得到了广泛的应用。
其灵活的移动能力和良好的环境适应性,使得四足机器人在执行复杂任务时表现出强大的潜力。
然而,为了充分发挥四足机器人的性能,需要研究有效的导航与路径规划方法。
本文将重点研究基于四足机器人的导航与路径规划方法,旨在为四足机器人的应用提供理论支持和实用技术。
二、四足机器人概述四足机器人是一种通过四个腿进行运动的机器人,具有较高的灵活性和环境适应性。
其运动学特性和动力学特性使得四足机器人在复杂地形中能够稳定行走。
此外,四足机器人还可以通过改变腿部的运动状态,实现各种复杂的动作和姿态。
三、导航方法研究1. 传感器融合导航传感器融合导航是四足机器人导航的重要手段。
通过融合激光雷达、摄像头、惯性测量单元等传感器数据,可以实现对环境的感知和定位。
在传感器数据融合过程中,需要采用合适的算法对数据进行处理和优化,以提高导航的准确性和稳定性。
2. 地图构建与更新地图是四足机器人导航的基础。
通过传感器数据和机器视觉技术,可以构建出环境的地图。
在地图构建过程中,需要考虑地图的精度、实时性和更新速度等因素。
同时,为了适应环境的变化,需要研究地图的动态更新方法。
四、路径规划方法研究1. 全局路径规划全局路径规划是指根据起点和终点,在已知环境中规划出一条最优路径。
在全局路径规划中,需要考虑环境的复杂性、障碍物的分布、路径的长度和安全性等因素。
常用的全局路径规划算法包括A算法、Dijkstra算法等。
2. 局部路径规划局部路径规划是指在机器人运动过程中,根据实时感知的环境信息,规划出局部路径。
在局部路径规划中,需要考虑机器人的运动学特性和动力学特性,以及避障和速度规划等因素。
常用的局部路径规划算法包括动态窗口法、人工势场法等。
五、实验与分析为了验证本文提出的导航与路径规划方法的有效性,我们进行了实验。
一种基于单片机的四足步行机器人设计及步态研究.
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一种基于单片机的四足步行机器人设计及步态研究周晓东,汤修映,农克俭中国农业大学工学院,北京(100083E-mail:摘要 :本论文通过对四足动物结构及其行走步态的研究, 设计制作了一台四足步行机器人样机, 按照多足步行机器人行走的稳定性原则, 设计出了慢走和对角小跑两种步态的具体过程,并采用单片机作为控制系统,实现了这两种步态,实验证明,所设计的步态具有良好的稳定性。
关键词:四足机器人;步态;慢走;对角小跑中图法分类号:TP2421. 引言步行机器人是一种腿式移动机构, 具有轮式、履带式等移动机器人所不具备的优点, 该类机器人能够在复杂的非结构环境中稳定地行走, 代替人完成许多危险作业, 被广泛地应用于军事运输、矿山开采、核能工业、星球表面探测、消防及营救、建筑业、农业及森林采伐、示教娱乐等众多行业。
因此, 长期以来, 多足步行机器人技术一直是国内外机器人领域研究的热点之一 [1][2]。
而四足机器人具有实现静态步行的最少腿数 [3],也适合于动态步行,以实现高速移动,因此,对四足步行机器人的研究,具有特殊的重要性。
本文以四足爬行动物为模仿对象, 通过对其结构和步态的分析和研究, 设计出了一台四足步行机器人, 采用单片机控制系统,使其能够模仿四足动物的慢走、对角小跑等步态。
2. 四足步行机构总体结构设计与自由度2.1步行机构总体结构分析图 1为所设计的四足步行机器人总体结构示意图, 由图可知, 该机构由四条腿及机体组成,每条腿的结构完全相同,在各主动驱动关节(膝关节、臀关节、髋关节上分别装有直1踝关节 2小腿 3膝关节 4大腿 5臀关节6髋关节 7机体 8控制系统电路板图 1 总体结构示意图Fig.1 The sketch of the overall configuration流电机,整个机体上共装有 12个独立的驱动电机。
而被动关节(踝关节采用球铰链结构, 脚底部粘上胶皮以增大和地面的摩擦力, 同时可对脚与地面之间的撞击起到缓冲作用, 小腿和大腿组成平面连杆机构, 它们均可以绕着自身的关节轴在一定的角度范围内摆动, 而整条腿又可以绕着髋关节转动。
四足机器人系统设计
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四足机器人系统设计摘要四足机器人作为仿生机器人的一种,得到了广泛的研究。
行走机构和转弯机构是四足机器人最关键的部分,目前,行走机构的研究大多采用在腿机构的关节处安装伺服电机进行驱动,增加了机器人的重量和控制策略的难度。
并且,机器人本体大多是一个刚性整体,转弯机构研究不足。
为此,项目将四足机器人本体作为一个柔性整体,采用三维建模软件Pro/E4.0设计了四足机器人的机械系统,提出了一种新颖的凸轮控制驱动式行走机构,设计了一种腿机构以及相应的凸轮控制驱动机构,并初步设计了柔性转弯机构。
在此基础上,论文采用主从式控制方式设计了四足机器人的控制系统,重点讨论了以8051单片机为控制器的行走机构和转向机构的控制系统设计。
关键词:四足机器人;行走机构;凸轮驱动;控制系统;三维设计Abstract目前,常见的步行机器人以两足式、四足式、六足式应用较多。
其中,四足步行机器人机构简单且灵活,承载能力强、稳定性好,在抢险救灾、探险、娱乐及军事等许多方面有很好的应用前景,其研制工作一直受到国内外的重视。
本文介绍了国内外在机构设计、步态、控制等方面已经取得的进展,并分析了其中的关键技术。
最后,归纳总结了未来四足步行机器人的几个发展趋势]2[,以期对以后的研究工作具有指导作用。
20世纪60年代,四足步行机器人的研究工作开始起步。
随着计算机技术和机器人控制技术的研究和应用,到了20世纪80年代,现代四足步行机器人的研制工作进入了广泛开展的阶段。
世界上第一台真正意义的四足步行机器人是由Frank和McGhee于1977年制作的。
该机器人具有较好的步态运动稳定性,但其缺点是,该机器人的关节是由逻辑电路组成的状态机控制的,因此机器人的行为受到限制,只能呈现固定的运动形式。
20世纪80、90年代最具代表性的四足步行机器人是日本Shigeo Hirose实验室研制的TITAN系列。
1981~1984年Hirose教授研制成功脚部装有传感和信号处理系统的TITAN-III。
四足机器人
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四足步行机器人机械本体结构
弹性驱动式实施方案:步行腿中的并联驱动机构和串联驱动机构均采 用伺服电机弹性驱动器驱动,整个动力全部来自电机。
5
4.四足机器人2
四足机器人单腿结构图
机架组件 5、大腿组件 3 和弹性小腿组件 1。 机架组件与大腿组件之间通过髋关节 4 相连, 大腿组件与弹性小腿之间通过膝关节 2 相连。
单足装配模型示意图
3
2.液压驱动足式机器人腿部
足式机器人腿部的机构简图 足式机器人的运动实质上是由EF,IG,JH之间的滑块机构和AE之 间的转动副,驱动AB杆绕A点转动,BC杆绕B点转动,CD绕C点转 动,AE绕Z轴转动,从而使D点相对地面运动,达到行走目的。
4
3.四足机器人1
步行腿结构示意图
14
1.平面并联五杆机构
15
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9.四足轮腿式结构机器人
四足轮腿式
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1.“4+2”多足步行机器人
整体图
腿结构主视图
其腿部件由髖关节、大腿关节、小腿关节和踝关节四部分组成,大、 小腿关节之间由线轮传动。
13
10.“4+2”多足步行机器人
1.髖关节:是由上下层布置的两个大且薄的齿轮和连接该两个大齿轮的薄 壁方框组成,其转动则能够带动大腿和小腿整体转动。 2.大腿关节:大腿关节轴由髖关节墙板支撑,采用齿轮传动,传动路线布 置在髖关节框架的上层,大腿围绕第一关节轴转动。 3.小腿关节:小腿关节在大腿关节的最远端。按腿臂融合的功能要求,小 腿关节不但要保证能带动小腿杆转过大腿杆,而且必须实现独立驱动功能。 4.踝关节:要满足多足步行机器人在三维空间的六个运动自由度,就要求 踝关节必须有三个自由度,基于这一要求踝关节采用球铰链形式实现腿脚 的联接。
智能四足机器人设计
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四足机器人设计与总结报告指导老师:麦文学生:陈伟内容摘要本设计中,机器人的行走是根据四足动物的步行原理,将其运动过程分解,再结合实际模型,抽象出四足运动的基本原理,并制作出结构模型,通过对向前行走、原地左转弯、原地右转弯的控制,从而实现直行的行走。
本设计采用采用MCU控制机器人的步态设计,通过CPLD强大的信号处理功能实现PWM从而对每个舵机进行控制,实现机器人的直行行走。
同时预留了大量的端口,为以后实现寻路、显示、语音等功能提供条件。
关键词:四足步行 PWM 步态规划AbstractThis design, the robot is walking quadruped walking under the principle of decomposition of their movement, combined with the actual model, to abstract the basic principles of four-legged movement, and create structural models, by walking forward, the original to turn left, turn right to control in situ, in order to achieve straight walking.The design uses the robot gait control by MCU design, by CPLD realization of a powerful signal processing functions to each servo PWM control, the robot walk straight. At the same time a large number of ports reserved for the future find its way to achieve, display, voice and other features provide the conditions.Key words:QUADRUPED WALKING GAIT PLANNING PW M目录引言 (3)一、方案设计与论证 (4)二、肢体的结构设计 (5)2.1、舵机的结构 (6)2.2、舵机的控制方法 (7)2.3、舵机安装 (8)2.4、构件的级联 (9)2.5、整体结构介绍 (9)三、步行原理及步态、路径规划 (11)3.1、行走原理 (11)3.2、行走步态及动作时序 (12)3.2.1、初始化 (12)3.2.2、向前行走 (13)四、电路设计 (14)4.1、主控板设计 (14)4.1.1、MCU配置 (14)4.1.2、CPLD配置 (16)4.2、PWM脉宽调制(P ULSE W IDTH M ODULATION)信号产生 (16)4.3、程序流程图 (17)4.4、程序 (18)4.4.1单片机程序 (18)4.4.2、CPLD程序 (19)总结 (25)引言自从人类发明机器人以来,各种各样的机器人日渐走入我们的生活。
基于AT89C51单片机设计的简易智能机器人

基于AT89C51单片机设计的简易智能机器人引言随着微电子技术的不断发展,微处理器芯片的集成程度越来越高,单片机已可以在一块芯片上同时集成CPU、存储器、定时器/计数器、并行和串行接口、看门狗、前置放大器、A/D转换器、D/A转换器等多种电路,这就很容易将计算机技术与测量控制技术结合,组成智能化测量控制系统。
这种技术促使机器人技术也有了突飞猛进的发展,目前人们已经完全可以设计并制造出具有某些特殊功能的简易智能机器人。
1 设计思想与总体方案1.1 简易智能机器人的设计思想本机器人能在任意区域内沿引导线行走,自动绕障,在有光源引导的条件下能沿光源行走。
同时,能检测埋在地下的金属片,发出声光指示信息,并能实时存储、显示检测到的断点数目以及各断点至起跑线间的距离,最后能停在指定地点,显示出整个运行过程的时间。
1.2 总体设计方案和框图本设计以A T89C5l单片机作为检测和控制核心。
采用红外光电传感器检测路面黑线及障碍物,使用金属传感器检测路面下金属铁片,应用光电码盘测距,用光敏电阻检测、判断车库位置,利用PWM(脉宽调制)技术动态控制电动机的转动方向和转速。
通过软件编程实现机器人行进、绕障、停止的精确控制以及检测数据的存储、显示。
通过对电路的优化组合,可以最大限度地利用51单片机的全部资源。
P0口用于数码管显示,P1口用于电动机的PWM驱动控制,P2,P3口用于传感器的数据采集与中断控制。
这样做的优点是:充分利用了单片机的内部资源,降低了总体设计的成本。
该方案总体方案见图1。
2 系统的硬件组成及设计原理此系统的硬件部分由单片机单元、传感器单元、电源单元、声光报警单元、键盘输入单元、电机控制单元和显示单元组成,如图2所示。
2.1 单片机单元本系统采用A T89C51单片机作为中央处理器。
其主要任务是扫描键盘输入的信号启动机器人,在机器人行走过程中不断读取传感器采集到的数据,将得到的数据进行处理后,根据不同的情况产生占空比不同的PWM脉冲来控制电机,同时将相关数据送显示单元动态显示,产生声光报警信号。
基于单片机的四足仿生机械狗设计
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构稳定性,可改装为钢板等其它材1-4:仿生机械狗四足结构;5:电机;6:控制平台图1机械结构件设计的控制芯片是51单片机,具有很很小。
系统主要以传感器和输入输出部分包括电机、显示屏。
电源容量电池来供电,能够提供足够动电机转动和系统运作,系统机带。
振电路如图2所示。
图2晶振电路1.2复位电路部分设计其复位部分是由外部复位电路实现,接在单片RST引脚上,需要手动按下复位按键。
采用可充的电池来作为电源部分,提供动力。
的如图3所示。
图3复位电路2.2电机控制电路设计这里采用的是直流电机,当单片机输出为1时,继电器得电。
电机工作这里面得电源也是接可充电得电池。
其中三极管是为了增加电机的启动电压。
其输入基金项目:安徽新华学院2016年度省级新训练项目《四足仿生机械狗设计》(AH201612216051)。
63Science&Technology Vision科技视界端接在P1.0引脚,如图4所示。
图4电机电路电源部分本系统采用可充电的大容量电池来供电,能够提供足够的电压以及电流来驱动电机转动和系统运作。
2.3传感器及显示电路设计以单片机为核心,通过温度传感器DS18B20对当前温度的检测送到单片机进行处理与系统设定温度的比较,控制主电路双向晶闸管的导通与关断,接在单片机的P3.7引脚上,如图5所示。
图5传感器电路系统显示电路采用1602液晶屏进行显示,主要对温度数据进行显示,处理后的数据和设定阈值,均通过送单片机P0.0到P0.7口连接的显示电路以显示当前温度,如图6所示3程序设计由于基本功能比较简单,系统应用了AT89C51类型的单片机,因为能耗低,操作简单易学,其基本功能也满足机器人的需求。
本系统主要功能有:电机转动、图6显示器电路图7主程序流程图图8温度传感器子程序流程图2子程序当子程序检测到信号用子程序,首先进行初始化时序,然后发出读温度令,读出数据,最后子程序返回。
如图8所示。
结论通过构建自由度少的械结构来支撑整体框架,需要的驱动力较小,能够稳的进行行走。
基于C51单片机设计的机器人
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学生姓名:学号:班级:ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
答辩地点:J523实验室
答辩内容记录:
答辩成绩
合计
分值
各项分值
评分标准
实际得分
合计得分
备注
25
10
在规定时间内能就所设计的内容进行阐述,言简意明,重点突出,论点正确,条理清晰。
15
在规定时间内能准确、完整、流利地回答教师所提出的问题。
答辩小组成员(签字):
年月日
成绩评定表
2、学生成绩由指导教师根据学生的设计情况给出各项分值及总评成绩。
3、指导教师评语一栏由指导教师就学生在整个设计期间的平时表现、设计完成情况、报告的质量及答辩情况,给出客观、全面的评价。
4、所有学生必须参加综合设计的答辩环节,凡不参加答辩者,其成绩一律按不及格处理。答辩小组成员应由2人及以上教师组成。
Keywords:Embedded systems;AT89C51; Sensor; The ring car
摘
嵌入式系统装置一般都由嵌入式计算机系统和执行装置组成,执行装置也称为被控对象,它可以接受嵌入式计算机系统发出的控制命令,执行所规定的操作或任务。执行装置可以很简单,如小车上的一个小型的电机,当接收到某种信号时启动电机。基于AT89C51芯片的单片机与多种传感器和舵机的组合设计成的擂台小车就是一个嵌入式系统,通过传感器检测到的数据来做出判断,以执行各种命令,实现擂台格斗的功能。传感器是一种将非电量转换为电量信号的检测装置,灵活的运用它,可以赋予小车感知能力。
3.应用C语言的各种知识;
4.学习编程技术和技巧
条件:
每人一套“C51+AVR版两轮教育机器人套件“
任务:
设计擂台机器人,在规定的场地内活动,搜索对手,找到对手,并将对手推出场地。
四足机器人PPT
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第四章机械系统设计4.2机器人机构4.2.1 仿生机器人机构4.2.2 典型工业机器人机构4.2.3 工业机器人机构应用实例影视机器人现实机器人4.2 机器人机构双足机器人Petman是美军仿人机器人中的佼佼者,它的职能是为美军实验防护服装。
波士顿动力公司承诺说Petman能维持平衡,灵活行动。
行走、匍匐、以及应对有毒物质的一系列动作对它来说都不成问题。
它还能调控自身的体温、湿度和排汗量来模拟人类生理学中的自我保护功能,从而达到最佳的测试效果。
PETMAN机器人典型多连杆式四足机械结构LittleDog机器人LittleDog由南加州大学开发,估计是目前最有思考的机器狗,他的内置处理器能够判断目前地形从而采取更正确的步伐前进。
同时它最强亮点,是具有学习功能,能记住正确和错误的步伐,不会被同样的地形绊倒2次BigDog机器人由美国武器合约商波士顿动力公司研发的一套科技含量非常高的装置——“大狗”(BigDog)运输机器人。
它高约1米,重75kg采用汽油发动机驱动。
有四只强有力的腿,每条腿有三个靠传动装置提供动力的关节,并有一个“弹性”关节。
这些关节由一个机载计算机处理器控制。
它体内装有维持机身平衡的回转仪,内力传感器等,可探测到地势变化根据情况做出调整。
它的最高负载量可达340磅,以每小时4英里的速度行走,而且可在丘陵地形上攀登前行,全靠本身的立体视觉系统或远程遥控器确认路径。
躯体运动形式给每个液压缸加上驱动,通过活塞的往复运动使相配合关节相对转动动画Jansen Walker仿生机械Jansen Walker是由荷兰工艺家泰奥•扬森(Theo Jansen)利用塑胶管、塑胶瓶等普通材料创造的一种新型“生命”。
该机构运用风力作为动力实现行走,并利用塑胶瓶存储风量,在没有风的情况下也可以实现行走。
四足机械步行和轮滑自动切换的轮式四足机器人六足和多足机械六足的蚂蚁八足的蜘蛛多足的蜈蚣RISE 是一个攀爬机器人,它可以攀爬墙面,树木和篱笆。
四足机器人步态及运动控制
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发展阶段
随着科技的进步,尤其是计算机技 术和机械设计的发展,四足机器人 在20世纪90年代进入快速发展阶 段。
创新阶段
近年来,随着人工智能和深度学习 技术的突破,四足机器人的智能化 程度越来越高,性能和应用领域也 得到了极大的拓展。
四足机器人的分类及特点
根据驱动方式
四足机器人可以分为液压驱动、气压驱动和电动驱动等类型。液压驱动具有负载能力强、精度高的优点,但易受 环境温度影响。气压驱动具有速度快、响应灵敏的优点,但易受气压波动影响。电动驱动具有节能环保、维护方 便的优点,但需要良好的电源管理系统。
步态选择的原则与影响因素
选择四足机器人的步态应根据具 体的应用场景和需求进行考虑。
原则上,应考虑机器人的运动效 率、稳定性、灵活性和适应性等
方面的需求。
影响因素包括机器人的重量、负 载、能源供应、环境条件等。
03
四足机器人的运动控制方 法基于模型ຫໍສະໝຸດ 控制方法模型预测控制(MPC)
利用机器人的动力学模型进行预测和控制,考虑了机器人运动的各种约束条件 ,如速度、加速度、关节角度等,以达到最优的控制效果。
基于学习的控制方法
深度学习控制
利用深度学习算法,通过对大量数据进行学习,让机器人能够自适应各种复杂的 未知环境。
强化学习控制
通过强化学习算法,让机器人在实际环境中通过自我试错进行学习,从而找到最 优的控制策略。
04
四足机器人的步态及运动 控制实验
四足机器人实验平台介绍
实验平台组成
四足机器人实验平台主要由机械系统、控制系统、感知系 统三部分组成。
混合步态则结合了静态和动态步态的 特点,以实现机器人的特定运动需求 。
基于单片机的四足仿生机械狗设计
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基于单片机的四足仿生机械狗设计作者:周真友陈彬王琰琳杨钊来源:《科技视界》2018年第08期【摘要】本项目从仿生角度考虑,通过机械结构的设计、数学模型的建立和分析,建立一种机构合理、自由度较少的四足仿生机械机构代替目前复杂控制模式的多自由度的腿部结构。
此机构运动轨迹和动物运动轨迹相似,能够正常跨越障碍,具有很流畅的协调性。
并在此基础上可增添智能系统,增加其应用范围。
【关键词】单片机;机械结构;传感器;仿生设计中图分类号:TP24 文献标识码: A 文章编号: 2095-2457(2018)08-0063-0020 引言机器人有很多种,家庭机器人,军事机器人,农业机器人等等,这里设计的产品就是主要应用于救援,到达人类不能到达得地方,并采集数据,其运动简单,而且能负重产品比较新颖。
由于其机械连杆结构,自由度比较少,所以结构稳定,能耗比较少。
1 结构设计本机构主要基于机械连杆机构控制关节的运动和行走,电机带动主动轴转动,主动轴通过偏心轮带动从动轮转动,从动轮通过机械连杆机构带动前3、4脚向前运动,当3、4脚落地带动1、2脚向前运动。
如此往复如图1所示。
此机器人主体是一个躯体和四个脚,提供动力部分是电机,其腿部分是基节为主体。
基节连接着躯体平台,其中各个关节都是通过轴连接,电机驱动主动轴旋转,主动轴带着机械连杆机构通过轴运动,使得脚1和脚3一起向前运动然后带动脚2脚4也向前运动,每次运动都会有两个支撑脚和地面相接触。
其主要材料是PVC,所以材质轻、容易拆装。
若系统需要强动力性和结构稳定性,可改装为钢板等其它材质。
1-4:仿生机械狗四足结构;5:电机;6:控制平台2 系统硬件设计本系统的控制芯片是51单片机,具有很好的嵌入性,体积也很小。
系统主要以传感器和输入按键作为输入部分,输出部分包括电机、显示屏。
电源部分采用可充电的大容量电池来供电,能够提供足够的电压以及电流来驱动电机转动和系统运作,系统机械结构简单,便于携带。
四足机器人设计 Microsoft Word 文档
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四足机器人设计摘要:本文介绍了四足机器人(walking dog)的设计过程,其中包括控制系统软硬件的设计、传感器的应用以及机器人步态的规划。
四足机器人设计摘要:本文介绍了四足机器人(walking dog)的设计过程,其中包括控制系统软硬件的设计、传感器的应用以及机器人步态的规划。
一、本体设计:walking dog的单腿设置髋关节和踝关节两自由度,能在一个平面内自由运动(见图1.1)。
采用舵机作为机器人的关节驱动器,其单腿结构图见(图1.2)。
为了便于步态规划,设计上下肢L1、L2长均为65mm。
四肢间用铝合金框架连接,完成后照片见(图1.3)。
walking dog的每只脚底均有一个光电传感器,能有效检测脚底环境的变化。
walking dog的头部为一个舵机,携带光电反射式传感器,能探测前方180度75cm内的障碍物。
图1.3:完成后照片二、控制系统设计为了使机器人能灵活地搭载各种传感器以及实现不同的步态,将底层驱动单元与上层步态算法平台分开。
因为walking dog的各关节均为舵机,特设计了16路舵机驱动器作为底层驱动单元,用来驱动机器人全身各关节。
并设计了上层算法平台,将各关节参数通过UART 实时地发送到底层驱动单元。
图2.1为系统框图。
1、底层驱动单元设计图2.2给出了舵机的工作原理框图,电动机驱动减速齿轮组,并带动一个线性的电位器作位置检测,控制电路将反馈电压与输入的控制脉冲信号作比较,产生偏差并驱动直流电动机正向或反向转动,使齿轮组的输出位置与期望值相符。
针对舵机这一特性,设计底层驱动器的系统结构图见图2.3。
Mage8的16位定时器分时产生16次定时中断,中断子程序产生移位脉冲,通过4N25光偶隔离输入到移位寄存器,实现各路PWM信号高电平部分的分时产生。
图2.4为定时产生脉冲的中断处理流程,图2.5例举了产生4路PWM信号的波形图。
实际电路原理图见附录1。
图2.4:定时中断服务流程图2.5:产生4路PWM的波形信号2、算法平台的设计步态机器人要求对各个关节实施快速准确的位置控制,因此对控制系统提出了比较高的要求:1、具有大量数据存储能力用来存储大量的步态数据。
智能四足仿生机器人PPT课件
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➢二次开发空间有限
市场上的机器人二次开发 的空间非常有限,这样就 失去了二次开发的乐趣极 大的降低了它学习的使用 价值,所以我们的机器人 将会有很大的二次开发空 间成为学习开发利器。
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二、研究内容-总体方案
➢机器人机身设计
机身采用亚克力板制作,而 非金属,具有硬度好,轻巧便 宜的特点极大地降低加工和制 造成本
模型的装配
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二、研究内容-总体方案
➢机器人系统结构图
线性稳压电源
2.4G通信模 块
PC端上位 机
➢研究内容
12路舵机
STM32F103ZET6主控 系统
预留传感器 接口
1.分析研究四2.ARM系统设计,STM32F103ZET6开发装置原理及应用,学习多路PWM 同时控制技术,实现对12路舵机的同时控制;
舵机及执行机构
16*220=3520元
运动控制电路板
16*160=2560元
机器人机身
1200元
其它电子元器件及电路板制作
800元
其他
180元
合计
10000元
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欢迎各位老师批评指正 谢谢!
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感谢您的观看!
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汇报提纲
目的意义
研究内容
汇
人员分工与预期成果
报
提
纲
项目实施进展
对参与人员的意义
项目经费预算
第1页/共12页
一、目的意义
➢四足机器人价格昂贵
市场上的四足机器 人与多足仿生机器 人价格昂贵,造成 学习研究成本过高, 让大多数的发明爱 好者止步,极大的 阻碍了机器人爱好 者的学习。所以我 们的产品将是一款 开源的低成本的四 足机器人。
四足仿生机器人详解 ppt课件

7、猎豹机器人
该装置通过电动机来调整位置进行控制,从气体驱动器给 机构注入能量来完成奔跑、小跑等步态。
动物腿部的肌肉连接着两个 关节,奔跑时,当一个关节处收 缩时,该肌肉可使得另一个关节 伸展,如此便完成了迈步的动作 。该结构中也存在这么一种“肌 肉”,即气动驱动装置,它能使 一个关节收缩时,另一个关节作 好伸展准备。
3、BigDog
4、PIGORASS
2011年,东京大学的保典 山田等研制出了一种机器人 “PIGORASS”,它能实现类 似于兔子的运动,能走,能跑 并能完成兔子跳的运动。它是 通过CPU控制的压力传感器和 电位器实现预期的运动,并且 每个肢体都被设计成独立运作 ,都通过一个简单的仿生中枢 神经系统来工作。
四足仿生机器人国外研究现状
典型样机(机械机构特点) 单自由度旋转关节模块
典型四足步行机器人
1、引言
传统的步行机器人设计往往是一个很复杂的过程,为了 达到设想的运动方式,就要进行复杂的结构设计和规划工 作。而仿生学在机器人领域的应用,使得这一工作得到了 简化。动物的身体结构,运动方式,自由度分配和关节的 布置,为步行机器人的设计提供了很好的借鉴。
1.日本Tekken
Tekkn整个机体的重量是3.1kg,单个腿的重量0.5kg。 每条腿有3个主动关和一个被动关节,分别是一个pitch髋关 节、yaw髋关节和pitch膝关节,踝关节是被动关节,主要由 弹性装置和自锁装置构成。
2、Little Dog
2004 年 Boston Dynamics 发布了四足机器人LittleDog, 如图所示。LittleDog 有四条腿,每条腿有 3 个驱动器,具有 很大的工作空间。携带的 PC 控制器可以实现感知、电机控 制和通信功能。LittleDog 的传感器可以测量关节转角、电机 电流、躯体方位和地面接触信息。铿聚合物电池可以保证 LittleDog 有 30 分钟的运动,无线通信和数据传输支持遥控 操作和分析。
《基于四足机器人的导航与路径规划方法研究》

《基于四足机器人的导航与路径规划方法研究》一、引言四足机器人技术作为近年来机器人学的重要分支,正受到越来越多领域的研究和应用。
该类机器人的独特结构使它们能够更稳定地在非结构化环境中运动。
本文的研究目的在于,基于四足机器人进行导航与路径规划方法的研究,通过这一方法实现机器人自主高效地在未知环境中运动,达到其应用的目的。
二、四足机器人概述四足机器人是一种模仿生物体运动方式的机器人,其结构由四个可独立控制的腿组成。
这种结构使得四足机器人在复杂地形上具有较强的运动能力,尤其是在不平坦、非结构化的环境中,四足机器人能以更稳定、灵活的方式运动。
然而,如何使四足机器人实现自主导航和路径规划成为了一个关键的技术挑战。
三、导航方法研究针对四足机器人的导航问题,我们首先需建立其运动模型和传感器系统。
这些模型和系统将为机器人的定位、地图构建和路径规划提供必要的信息。
常见的导航方法包括基于全局定位系统(GPS)的导航、基于激光雷达(Lidar)的导航和基于视觉的导航等。
对于四足机器人而言,考虑到其能在复杂环境中工作的特性,我们建议采用基于视觉的导航方法。
视觉导航主要依赖于机器视觉技术,通过图像处理和模式识别等方法获取环境信息,实现机器人的定位和导航。
对于四足机器人来说,视觉导航不仅可以提供丰富的环境信息,还可以在GPS信号无法覆盖或信号质量差的环境中工作。
四、路径规划方法研究路径规划是四足机器人导航的关键技术之一。
在已知环境信息的基础上,路径规划算法需要为机器人规划出一条从起点到终点的最优路径。
常见的路径规划算法包括基于图论的算法、基于采样的算法等。
然而,这些传统的路径规划算法在面对复杂环境时,可能无法有效地找到最优路径或无法处理动态环境中的障碍物。
因此,我们提出了一种基于深度学习和强化学习的路径规划方法。
该方法通过训练神经网络来学习环境中的动态信息,并根据学习到的信息为机器人规划出最优路径。
此外,我们还将该方法和传统的路径规划算法相结合,以提高算法在复杂环境中的适应性和效率。
单片机应用系统设计方案四足步行器

单片机应用系统课程设计目录一.引言---------------------------------------------------------------------3。
课题应用相关调研-----------------------------------------------------3。
二.单片机基本原理------------------------------------------------------3。
STC11F02E单片机简介----------------------------------------------3。
三.硬件电路设计------------------------------------------------------------4。
1.电路组成-------------------------------------------------------------4。
2.芯片分析-------------------------------------------------------------6。
3.LN298N驱动模块-------------------------------------------------8。
4. 直流电机模块----------------------------------------------------10。
四.软件设计----------------------------------------------------------------14。
1.资源配置-----------------------------------------------------------15。
2.流程图---------------------------------------------------------------16。
机器人与单片机课件(共22张ppt)

发展趋势
工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作 和维修),而单机价格不断下降,平均单机价格从91年的10.3万美元降 至97年的6.5万美元。
机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、 减速机、检测系统三位一体化;由关节模块、连杆模块用重组方式构造 机器人整机;国外已有模块化装配机器人产品问市。
图2光电检测转换电路
单片机在智能机器人设计中的应用
该智能机器人控制系统采用两片AT89C51[2]控制, 一片单片机MCU1 用 于整个系统的控制, 另一片单片机MCU2 用于驱动液晶屏LCM1602 工作, 它 们之间通过I/O 口通讯, 以实现两片单片机共同工作的相互协调控制。系统框 图如图3 所示。
各国机器人发展
(2)机器人语言研究发展较快,语言类型多、应用广,水平高居世界之 首; (3)智能技术发展快,其视觉、触觉等人工智能技术已在航天、汽车工 业中广泛应用; (4)高智能、高难度的军用机器人、太空机器人等发展迅速,主要用于 扫雷、布雷、侦察、站岗及太空探测方面。
各国机器人发展
② 英国:早在1966年,美国Unimation公司的尤尼曼特机器人和AMF公司的沃莎 特兰机器人就已经率先进入英国市场。1967年英国的两家大机械公司还特地为 美国这两家机器人公司在英国推销机器人。接着,英国 Hall Automation公司 研制出自己的机器人RAMP。70年代初期,由于英国政府科学研究委员会颁布了 否定人工智能和机器人的Lighthall报告,对工业机器人实行了限制发展的严厉 措施,因而机器人工业一蹶不振,在西欧差不多居于末位。
国际上,工业机器人的发展呈以下特点:
(4) 许多新产品具有网络通信功能,使机器人由过去的独立应用向网络 化应用迈进了一大步,也使机器人由过去的专用设备向标准化设备发展 了一大步。 (5) 由于微电子技术的快速发展和大规模集成电路应用,使机器人系统 的可靠性有了很大提高。
基于Nano单片机的四足导盲机器人设计

基于Nano单片机的四足导盲机器人设计摘要:随着科技的进步和文明的发展,以及我国对于高新科技技术的大力支持,机器人领域的技术发展日趋成熟。
目前我国在各个领域都投入了相当大的力度来大力发展机器人,因为机器人的大量使用,将会为我国的生产生活节省人力成本,为人们的日常生活带来便利。
目前我国对于导盲机器人的研究尚处于发展的处级阶段,而制作一台导盲机器人将会对我国的弱势群体提供极大的有效的帮助,为盲人的生活带来更多的便利和快捷。
所以本论文致力于发明一种较为高效率的,基于Nano的四足导盲机器人。
本文中主要了使用无刷电机、电调和磁编码器等技术为导盲机器人提供了进行行走方式的控制,并且使用了温湿度、光照等传感器来监测当时环境的具体状况,便于使用者及时进行路线的规划。
本文所设计的导盲犬还能够存储地图路线,获取实时地图画面后对潜在的危险进行规避,对当前路况进行诊断,便于使用者寻找最佳的路线。
关键词:导盲;路况识别;传感器引言:随着科技的进步,社会生产力迅猛发展,机器人行业得到了蓬勃发展,其中四足机器人发展迅速,被广泛应用。
四足机器人是一种仿生机器人,在跨越地形障碍方面具有很大的优势,足式移动机器人对行走路面的要求很低,它可以跨越障碍物,在各种崎岖不平的复杂路面上行进。
并且四足机器人是一种综合性极强的研究产物,它以机电一体化技术为主导,综合了单片机技术、液压、传感器技术等多方面的知识,四足机器人具有高机动性,适应能力强,对于导盲工作来说,四足机器人技术是最适合的。
目前,各国的对于四足机器人的研究越来越普遍。
其中包括:美国的Spot系列机器狗、“阿尔法狗”、第三代“猎豹”机器人;瑞士的“ANYmal”以及中国的四足仿生机器人,目前“波士顿动力”机器人已经在市场上销售。
我国虽然起步较晚,但大有后来居上的趋势。
本文所设计的机器导盲犬就是基于四足机器人技术,通过使用无刷电机、电调和磁编码器、温湿度、光照等传感器技术,实现了四足机器人的导盲作用。
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初始状态:
先迈一对脚迈另一对并
另一对支撑身体前进
图4,行走步态
五、遇到的问题及解决:
1、此设计的pwm信号输出使用定时器来产生每个信号的高电平和低
电平,每次定时时间到,都会会关掉定时器并执行中断函数,在此过
程中会消耗一定的时间,等到给定时器赋值下一次定时时间并开始定
sbit s6=P2^6;
sbit s7=P2^7;
sbit s8=P0^6;
sbit s9=P0^4;
sbit s10=P0^2;
sbit s11=P0^0;
sbit up=P1^0;
sbit right=P1^4;
sbit left=P1^2;
sbit down=P1^6;
uchar s_num,f,b,r,l,back_flag;forward_flag;
成员的工作。
2.评分标准:
评价好较好一般未完成
完成度40302515
演示效果30252015
报告评分30252015
《EDA技术与实践(2)》试卷1卷第1页共28页
2015年第二学期,建议作品内容:
完成一个行走机器人,基本要求
o2-8只脚
o能行走
o可以用单片机,嵌入式,FPGA方案
一、设计目的:
通过设计一个能够走动的机器人来增加对动手能力,和对硬件电路设计的
时时,就会产生一定的时间延时,造成每次高电平时间都会变长一
点,且总的加起来会使20ms周期变长,因此,需要稍微减小高电平的
定时时间,并结合proteus仿真确定最准确值。
2、由于机器人的四个脚都是自己组装的,可能会有存在不平衡和对
称,当对角的两只脚同时向前迈同一个角度时,会使机器人向一个方
向偏转而不沿直线前进,这时要结合实际测试来调整机器人的各个脚
深圳大学期末考试试卷
开/闭卷开卷A/B卷N/A
课程编号
1303270001
1303270002课程名称EDA技术与实践(2)学分2.0
命题人(签字)审题人(签字)2015年10月20日
题号一二三四五六七八九十
基本题
总分
附加题
得分
评卷人
设计考试题目:完成一个集成电路或集成系统设计项目
基本要求:2-3位同学一组,完成一个完整的集成电路设计项目或是一个集成系统设计
2.5ms开始时,把S3、S4置1,接下来和上面S1、S2一样,以此类推,
在六个2.5ms中输出12路pwm信号来控制舵机。原理图如图1.
第一个2.5ms
02.5
通过超声模块来控制机器人前进、后退、向前的左转、向前的右转、向后的左
转、向后的右转几个动作。
《数字系统设计》试卷1卷第2页共28页
控制模块电路,D0,D1,D2,D3分别为超声接受模块的输出,输出为高电
平,要加NPN作为开关。
《EDA技术与实践(2)》试卷1卷第3页共28页
四、设计步骤:
1、设计好硬件电路,焊接51单片机的最小系统和各个硬件电路。
2、设计好软件的流程图,如图2。
3、写产生12路控制舵机的pwm信号的程序并在proteus中测试,如
图3。
4、设计出行走步态,四脚机器人的步态是采用对角的相互前进来实现
六个2.5ms中分别输出两个pwm信号的高电平,例如,在第一个2.5ms中输出第一个和第二个pwm信号的高电平时,首先开始时,把信号S1、S2都置1,然后比较两个高电平时间,先定时时间短的高电平时间,把高电平时间短的那个信号置0,再定时两个高电平时间差,到时把高电平时间长的按个信号置0,然后,定时(2.5-较长那个高电平时间),在第二个
《EDA技术与实践(2)》试卷1卷第7页共28页
设计代码:
#iቤተ መጻሕፍቲ ባይዱclude<reg51.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
uintpwm[12],p_min1,p_max1,p_min2,p_max2,p_min3,p_max3,p_min4,p_max4,p_min5,p_max5,
能力,增强软件流程设计的能力和对设计流程实现电路功能的能力,在各
个方面提升自己对电子设计的能力。
二、设计仪器和工具:
本设计是设计一个能走动的机器人,使用到的仪器和工具分别有:sg90舵
机12个、四脚机器人支架一副、单片机最小系统一个、电容电阻若干、
波动开关一个、超声遥控模块一对、杜邦线若干、充电宝一个。
项目。
规格说明:
1.题目自定。
1)集成电路设计项目
i.若为IC设计项目需要完成IC设计的版图。
ii.若采用FPGA实现数字集成电路设计,需要进行下板测试。
2)集成系统设计项目,需使用FPGA开发板或嵌入式开发板,完成一个完整的集成
系统作品。
3)作品需要课堂现场演示,最后提交报告,每个小组单独一份报告,但需阐述各个
p_min6,p_max6,p1,p2,p3,p4,p5,p6,p11,p21,p31,p41,p51,p61;//高电平带宽
sbit s0=P2^0;//12路输出信号
sbit s1=P2^1;
sbit s2=P2^2;
sbit s3=P2^3;
sbit s4=P2^4;
sbit s5=P2^5;
的前迈角度来使机器人平衡的沿直线前进,比如,一只脚迈多点,另
一边的脚迈少点。
《EDA技术与实践(2)》试卷1卷第5页共28页
六、心得与体会:
通过这次设计,我更加的熟悉基本的硬件电路和软件的设计,特别是软件的流
程图设计。更加熟悉软硬件电路结合的测试与调试。
六、实验实物图:
《数字系统设计》试卷1卷第6页共28页
的,如图4。
5、写出流程图中各个模块的软件,包括前进函数、后退函数、左转和
右转的函数,并逐个烧到单片机中测试。
6、按流程图把各个函数组合到主函数中,完成所有软件的编写,并烧
到单片机中测试,并不断的调试。
开始
初始化
扫描控制
按键
处理控制
按键
机器人
行走
结束
图2.流程图
《数字系统设计》试卷1卷第4页共28页
三、设计原理:
本次设计的机器人是通过51单片机控制器来控制整个电路的。其中,舵
机的控制是通过产生一个周期为20毫秒的高电平带宽在0.5到2.5ms之间
的pwm信号来控制。12路Pwm信号由单片机的定时器来产生。51单片
机产生12路pwm信号的原理是:以20毫秒为周期,把这20毫秒分割成
8个2.5ms,因为,每个pwm信号的高电平时间最多为2.5ms,然后在前