蜘蛛机器人实训

CON1 CON2 CON3 CON4 CON5 CON6 CON7 CON8 CON9
+5V GND +5V
GND
GND RG5
1 2
GND
GND
R8 +5V 20K
ADC4 GND
传感器输入
12M XT AL2 C5 22P SW1 GND J19 2 1 VCCIN C1 470uF C2 104 IN
环境光 方向 控制器 前 进 阻 力 方向 控制 信号 舵 机 机械机构 实际 方向
光敏传感器
障碍物传感器
六足救援机器人多输入多输出控制系统框图 汕头职业技术学院
三、控制系统设计
1、六足蜘蛛救援机器人控制系统总体设计
– MCU的选择。本系统采用AVR单片机 “ATMEGA16”作为核心控制，其优点为： ① I/O口可设为推挽输出，输出电流大。 ② 大多数指令都是单时钟指令，运算速度快。 ③ 片内集成A/D转换功能，便于光信号的多级度 取样。 ④ 定时器可以工作在CTC模式，可以立即更新 数据，便于产生多路PWM信号。
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二、机械系统及动力设计
3、初定机器人脚部关节长度
舵机的转矩
由两个 因素确定
机器人身躯的 离地高度
选定每只脚的长度为100mm左右
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二、机械系统及动力设计 4、舵机的选定
转矩则必须计算出其舵 机驱动关节的重量以及 力臂。 计算出每只脚的重量； 计算每只脚的力臂：使用AutoCAD2010绘制出脚 部实体图，并使用该软件的“MASSPROP”可求出各 零件的重心。最后用作图法求出脚的重心，从而求出其 力臂，约为90mm，根据力对轴之矩的公式可求出其力 矩；选用辉盛 MG945 180度舵机。
4、 系 统 电 路 图 原 理 图
左 前 外
J2 CON2 VCC GND 1 2 3 CON5 VCC GND
左 中 外
J5 1 2 3 CON8 VCC GND
左 后 外
J8 1 2 3 CON11 VCC GND
右 前 外
J11 1 2 3 CON14 VCC GND
右 中 外
J14 1 2 3 CON17 VCC GND
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五、作品演示
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一、六足蜘蛛救援机器人简介 二、机械系统及动力设计 三、控制系统设计 四、制作成本计算 五、作品演示
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右 后 外
J17 1 2 3
舵机接口
左 前 中
J3 CON3 VCC GND 1 2 3 CON6 VCC GND
左 中 中
J6 1 2 3 CON9 VCC GND
左 后 中
J9 1 2 3 CON12 VCC GND
右 前 中
J12 1 2 3 CON15 VCC GND
右 中 中
J15 1 2 3 CON18 VCC GND
右 后 中
J18 1 2 3
左 前 内
IC1 CON10 CON11 CON12 CON13 MOSI MISO SCK RST +5V GND 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 PB0/T0 PB1/T1 PB2/N0 PB3/N1 PB4/SS PB5/MOSI PB6/MISO PB7/SCK RESET VCC GND XT AL2 XT AL1 PD0/RXD PD1/TXD PD2/INT 0 PD3/INT 1 PD4/OC1B PD5/OC1A PD6/ICP1 AT MEGA16 R2 +5V 10K R1 1K ANT1 C3 10uF RST XT AL1 C4 22P GND Y1 PA0/ADC0 PA1/ADC1 PA2/ADC2 PA3/ADC3 PA4/ADC4 PA5/ADC5 PA6/ADC6 PA7/ADC7 AREF GND AVCC PC7/TOSC2 PC6/TOSC1 PC5/TDI PC4/TDO PC3/MTS PC2/TCK PC1/SDA PC0/SCL PD7/OC2 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21
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二、机械系统及动力设计 1、整体机械结构
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二、机械系统及动力设计 1、整体机械结构
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二、机械系统及动力设计 1、整体机械结构
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二、机械系统及动力设计 1、整体机械结构
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二、机械系统及动力设计 2、动力系统初定
• 舵机 • 通过PWM信号实现角度的准确控制，控制简单， • 内置减速齿轮组，输出转速适中，输出转矩和保 持力很大， • 重量小（约60g）。
本作品主要创新点
智能化步进式车辆， 针对复杂现场救援 前进阻力传感器， 自动绕越障碍物 光强分布传感器， 根据环境光自动调整前进方向
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一、六足蜘蛛救援机器人简介 1、结构特点
• （1）智能化的多足步进式车辆，对各种恶劣路况适应 性强； • （2）具有多足结构，支撑稳定，负重能力强，具有可 能的平衡效果； • （3）光敏传感器和障碍物传感器，根据环境光强和障 碍物情况自动调整运行方向，作为模型，模拟了根据环境 情况自动做出动作反映的机器人功能； • （3）伺服电动机舵机作动力，效率和功率质量比高； • （4）单片机控制电路，满足复杂的控制功能，鲁棒性 高； • （5）机械轮廓设计生动，爬行姿态优美； • （6）拥有传统轮式机器人和履带式机器人无法企及的 优势。
– – –
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三、控制系统设计
2、步行动作逻辑
1 2 3 A 4 5 6
直行动作逻辑
B
C
1 2 3
A
4 5 6
B
C
D
左转动作逻辑
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开始
三、控制系统设计 3、控制 程序框图
（1）主程序：
后退 右 转
I/O口初始化 定时器初始化
障碍？
光传感ADC
直走 Y
同光？
后退
后光？
右转
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二、机械系统及动力设计 4、舵机的选定
• 具体参数如下: • 尺寸：40.8*19.9*37.3mm 重量：56.3g 速度：0.24sec/60度（6V） 扭力：12公斤/厘米（6V） 使用电压：4.8-7.2V
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三、控制系统设计 1、六足蜘蛛救援机器人控制系统总体设计
接口
LED1 R3 IN 1K
GND VCC GND CJ2 1000uF CJ1 1000uF
非 标 准 接 口
电源电路
GND
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四、制作成本计算
序号 1 2 3 4 5 6 7 项目 舵机 铝合金板材 单片机芯片 锂电池 充电器 电路板 机械加工工具 合计 单价（元） 70/个 25/kg 35/片 140/片 50/个 一批 一批 数量 24个 4 kg 费用（元） 1680 100 140 280 50 100 150 2500
IC2 7805 Vin +5V
IN
C51 220uF
C52 104
D? D? DIODE DIODE
MCU 系统
GND +5V COM1 +5V RXD TXD GND 1 2 3 4 CON4 GND 1 3 5 7 9 ISP VCC GND GND GND GND VCC MOSI MISO SCK RST 2 4 6 8 10 MOSI MISO SCK RST
在 中 内
左 后 内
右 前 内
右 中 内
右 后 内
ADC0 ADC1 ADC2 ADC3 ADC4
RG1 2 1
+5V ADC0 R4 20K
RG2 2 1
+5V ADC1 R5 20K
RG3 2 1
+5V ADC2 R6 20K
RG4 AL1 RXD TXD CON14 CON15 CON16 CON17 CON18
4片
2片 1个
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基于行为导向六步法
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右光？
左转
左光？
直走
前光？ N
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三、控制系统设计
J1 CON1 VCC GND 1 2 3 CON4 VCC GND J4 1 2 3 CON7 VCC GND J7 1 2 3 CON10 VCC GND J10 1 2 3 CON13 VCC GND J13 1 2 3 CON16 VCC GND J16 1 2 3
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一、六足蜘蛛救援机器人简介 2、在救援中的应用
• （1）根据环境光线强弱和障碍物情况自动控制 其行走方向，在火灾中自动寻找火焰确定灭火目 标。 • （2）可在各种复杂地形上爬行，到达轮式机器 人和履带车辆法到达斜度很高的斜坡、山地。 • （3）在山地、戈壁上帮助驮运救援物资、药品。 • （4）在地震后的瓦砾、砖石上行走，并有起重 机功能。救出埋于废墟的生还者。 • （5）攀爬楼梯，进行楼房内火灾救援。 • （6）可用脚砸破大厦玻璃幕墙，垂直向上前进。