类人形机器人项目总体设计报告

类人型机器人项目

总体设计报告

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目录

1.引言 (1)

1.1背景 (1)

1.2定义 (2)

1.2.1专门术语的定义 (2)

1.2.2外文首字母组词的原词组 (2)

1.3参考资料 (3)

2.总体设计 (3)

2.1开发与运行环境 (3)

2.1.1系统硬件运行环境 (3)

2.1.2系统软件运行环境 (4)

2.2硬件功能描述 (4)

2.3硬件结构（如图2所示） (4)

3.硬件模块设计 (4)

3.1机器人套件 (5)

3.1.1舵机 (5)

3.1.2机器人合金零件 (7)

3.2舵机控制器电路 (7)

4.嵌入式软件设计 (8)

4.1流程逻辑 (8)

4.1.1程序流程图 (8)

4.1.2程序流程图简述 (9)

4.2算法 (9)

4.2.1主要计算方法 (9)

4.2.2源程序说明 (10)

5.系统调试与总结 (13)

5.1系统调试 (13)

5.1.1单个舵机的研究和控制 (13)

5.1.2单个舵机的研究和控制 (15)

5.1.3机器人下肢运动的动作分解及实现 (15)

5.2总结 (16)

5.2.1总结一（作者：王刚） (16)

5.2.2总结二（作者：赵爱芳） (19)

5.2.3总结三（作者：刘丹） (24)

5.2.4总结四（作者：张瑞娜） (24)

附录一系统源程序 (32)

1.引言

类人型机器人是现在机器人研究领域的一个热点，无论是SONY公司不断更新的“阿西莫”机器人，还是每年在机器人世界杯上不断推陈出新的足球机器人，大家都把目光聚焦于更加拟人化的类人型双足行走机器人。

基于双足平台的机器人要正常工作首先需要能够平稳的行走，而双足步行是步行方式中自动化程度最高、最为复杂的动态系统。它具有支撑面积小、支撑面的形状随时间变化较大，质心的相对位置高的特点，是最复杂、控制难度最大的动态系统。但由于双足机器人比其它足式机器人具有更高的灵活性，因此具有自身独特的优势，更适合在人类的生活或工作环境中与人类进行协同工作，而不需要专门为其对这些环境进行大规模改造。例如代替危险作业环境中（如核电站）的工作人员，在不平整地面上搬运货物等等。此外将来社会环境的变化使得双足机器人在护理老人、康复医学以及一般家务处理等方面也有很大的潜力。

目前对双足行走机构的研究主要基于仿生学原理与动态控制原理，SONY公司的“阿西莫”主要基于仿生学原理，这种研究方式也是类人型机器人舞蹈比赛与人形组机器人足球比赛中常见的控制方式，因为这种控制方法容易上手，能够从最简单的步伐控制开始了解类人型机器人控制的基本原理。

1.1背景

本小组以类人型机器人为课题，着重研究类人型机器人的结构与控制原理，掌握舵机的控制方式，掌握双足步行机器人步伐调整原理。

项目初期主要以上海英集斯公司的8自由度双足步行机器人为研究平台，以最基本的对单个舵机结构的研究及运动控制为起点，从而从每一个关节开始了解类人型机器人的组成，逐步过渡到多个舵机的

联动控制，最终基本实现类人型机器人下肢的行走运动。

项目任务提出者：

项目开发者：王刚、刘丹、张瑞娜、杨亮、赵爱芳（按姓氏笔画由小到大排列）

软件开发者：王刚、杨亮、赵爱芳

系统调试：张瑞娜、刘丹

项目用户：每个爱好机器人的人。

系统运行环境：伟福系列单片机仿真器H51/L、单片机仿真软件Wave6000、单片机最小系统电路板。

1.2定义

1.2.1专门术语的定义

舵机：又称伺服电机，是机器人动力及动作的来源部件。

自由度：机器人运动到空间的位置是由肢体关节各自独立运动的合成来确定的。机器人每个构件（如臂部、腕部等）相对于固定坐标系所具有的独立运动能力称为自由度。机器人自由度是衡量机器人技术水平的一个重要参数，自由度越多，机器人可实现的动作越复杂，通用性就越好。通常，机器人身上一个舵机代表一个自由度。

时间片：将某一段时间划分为若干等份，其中一小等份称为一个时间片，MCU可在不同的时间片执行不同的命令。

1.2.2外文首字母组词的原词组

1.0 1.7

P P：在本文中代表AT89S52单片机的HPI（主机接口），即I/O口P1口。

Pulse Width Modulation脉宽调制。

PWM：()

servo servo：代表8自由度双足步行机器人的8个舵机。

18

state：机器人动作状态数。在程序设计的过程中采用状态机的设计思路，将机器人行走的每个动作设计为一个状态。

dj num：机器人自由度，即舵机的个数。

_

1.3参考资料

[1]李朝青.单片机原理及接口技术(第三版)[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005.9

[2]金钟夫,杜刚,王群,徐宗完.AVR ATmega128单片机C程序设计与实践[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008.1

[3]佟长福.AVR单片机GCC程序设计[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006.1

[4]梁静强,许瑛,彭应龙.双足步行机器人的结构及其控制系统设计[D].南昌:南昌航空工业学院航空与机械工程系.2003.3

[5]吴华波,钱春来.基于AT89C2051的多路舵机控制器设计[D].嘉应学院.2006.8

[6]时玮.今日电子, Electronic Products China[J].北京:北京交通大学.2005.10

[7]英集斯公司.双足步行机器人使用说明书

[8]/kns50/index.aspx

2.总体设计

2.1开发与运行环境

2.1.1系统硬件运行环境

对于双足步行机器人，由于其本身8自由度的缺陷，使其只能在平整且粗糙的平面上平稳的行走。该系统设计采用的是基于AT89S52

系列单片机的舵机控制电路板。