基于DSP的双足机器人运动控制系统设计

近年来，仿人机器人一直是自动控制领域研究的热点。在模仿人类进行迈步行走时，由于仿人机器人的重心经常要处于中心线以外的区域，使得它的身体很难保持站姿平衡，能够稳定地实现双足行走是仿人机器人研究的重点也是难点。人类需要大脑和肢体的相互配合来协调动作，机器人需要的则是运动控制器和驱动装置的强大支持，尤其是运动控制器，需要有高效率的芯片为基础，才能最迅速地采集数据、完成计算和发送指令。在本次设计中机器人关节使用的是大功率三相无刷直流电机，控制器采用TMS320F2812芯片，它是TI公司推出的一款针对控制领域做优化配置的数字信号处理器，器件上集成了多种先进的外设，为电机高速度和高精度控制提供了良好的平台。

1 系统概述

双足机器人每条腿设有5个自由度，这样既可以实现基本的步行功能，又尽可能的简化了控制变量，系统整体结构如图1所示，L1～L5分别对应左腿髋侧向、髋前向、膝前向、踝前向、踝侧向关节电机，R1～R5对应右腿。考虑到成本因素和驱动性能，选用Maxon 的EC-max系列三相无刷直流电机来驱动关节活动，其中1号和5号电机选用EC-max35型，其他均为EC-max30型。受安装空间所限，每条腿的运动控制器都为独立的个体，各运动控制器通过主控计算机进行协调控制并可基于运动指令单独完成动作，类似于人类反射弧的原理，减轻主控计算机的工作量，加快反应速度，主控计算机和运动控制器之间通过CAN 总线来传递数据。

机器人双足步行时，主控计算机根据运动周期向底层运动控制器发送运行和停止等指令，完成对行走状态的监控和数据运算。单个运动控制器由DSP处理和电机控制两部分组成：DSP处理电路负责与主控计算机和传感器之间交换各类信息、分析接收到的数据并运算输出相应关节电机的控制信号；电机控制电路根据控制信号驱动相应的电机动作，达到要求的速度和角度，并对光电编码器信号进行处理，将执行结果反馈给DSP形成闭环控制，保证执行的精度。

数据处理器选用的是TMS320F2812，它拥有基于C／C++高效32位DSP内核，提高了运算的精度；时钟频率高达150 MHz，增强了系统的处理能力；集成了128 KB的FLASH 存储器、4 KB的引导ROM、数学运算表以及2 KB的OTP ROM，改善了芯片应用的灵活性；两个事件管理器模块为电机及功率变换控制提供了良好的控制功能；16通道高性能12位ADC单元提供了两个采样保持电路，可以实现双通道信号同步采样，适合整个运动控制器的开发需求，其代码和指令与F24x系列完全兼容，更是保证了项目开发和产品设计的可延续性。

2 电机调速原理

系统用PWM波形给出无刷直流电机的转速信息，即利用电路一周期内的占空比变化，达到平均电压值的改变，以对应电机不同的速度值。

在TMS320F2812中可以通过配置定时周期寄存器的周期值和比较单元的比较值来产生PWM，周期值用于产生PWM波的频率，比较值用于产生PWM波的脉宽，改变比较值可以改变PWM波的占空比，改变周期值可以改变PWM波的频率。以事件管理器A为例，单路PWM信号的产生过程如下：

定时器1作为产生PWM信号的时基，通过控制寄存器T1CON和周期寄存器TlPR设置时钟周期，通过寄存器COMCONA设置比较单元的各个参数，产生出三角波信号，在寄存器CMPRl和ACTRA中分别设置比较值和比较输出方式，设定的比较值实时与三角波信号比较，得到相应占空比的PWM信号。将定时器计数器T1CNT设置为连续增计数方式时，产生非对称PWM波形，设定为连续增减计数方式时，可以得到对称的PWM波形。

图2所示是对称PWM波形产生的原理：若PWM输出为高电平有效，则当三角波的当前值小于比较值时输出为低电平，当三角波的当前值大于比较值时输出为高电平；低电平有效时，则反之。

如果在寄存器DBTCONx中设置了死区时间值，则相应事件管理器所有PWM输出通道使用同一个死区值。由于加入了死区，PWM波高电平脉冲的宽度减少了一个死区时间，但是周期没有变化，所以高有效和低有效的PWM波形的占空比可分别用式(1)和(2)来计算。

通过调节占空比，可以调节输出电压，用这种无级连续调节的输出电压可以给出速度信息，因此可以通过调整PWM信号有效电平的宽度达到控制转速的目的。

3 硬件设计

整个硬件电路包括DSP芯片TMS320F2812、电源、JTAG仿真接口、通讯、RAM、PWM、A／D、I／O扩展、备用端口、电机驱动和光电信号处理等模块，其控制系统结构如图3所示。

双足机器人总电源采用24 V直流电源，为了满足DSP及外围电路的需要，需将电源转换成5 V，3．3 V和1．8 V。首先使用DC-DC变换器将24 V转换成5 V，再选用TPS767D318电源转换芯片将5 V转换成1．8 V和3．3 V。该芯片专门针对DSP设备提供稳压电源，为双电源输出，每路电源的最大输出电流为1 A，此外该芯片的电压漂移非常低，在最大输出电流为1 A的情况下为350 mV，每路输出还有过热保护、复位和监控输出电压等功能，能满足系统对电源性能的要求。

系统特别留有JTAG接口电路，使控制器可以通过TDS510仿真器连接到计算机，其仿真信号采用JTAG标准IEEEll49．1，使用双列14脚的插座，并将DSP上的EMU0和EMU1上拉连接至Vcc。

TMS320F2812自身集成CAN总线的控制模块，所以在外围电路中加入CAN总线收发器SN65HVD251D即可实现DSP与CAN总线的通信功能。为了确保在CAN总线传输信号的完整性，设计时在CAN总线的两根传输线之间加上150 Ω的电阻进行阻抗匹配，可以提高CAN总线传输信号的精度。

利用XINTF的区域O和区域1扩展一块存储容量为(64K×16)b的RAM存储器

IS61LV6416-10T。其数据存取时间为10 ns，能满足高速运行的需要，工作电压为3．3 V，与DSP工作电压一致，无需电平转换电路。

此外，DSP控制系统中的I／0端口电压绝大部分为3．3 V，而外部信号一般为5 V，因此需要将外部5 V信号转换为符合DSP芯片要求的3．3 V信号，系统使用总线驱动器74LVX4245进行电平转换。

电机驱动电路采用全桥驱动三相无刷直流电机的控制方式，由于要独立控制5个电机，系统需按照前面的原理由DSP事件管理器生成PWM，并用其波形占空比给出转速信息，该

信息结合转向、制动等信号通过控制电路转换后进行电机的调速，这里使用三相无刷直流电机控制器MC33035。驱动电机时，MC33035的输出信号施加到三相桥功率电路MPM3003上，决定功率开关器件开关频度及换流器换相时机，使其产生出供电机正常运行所需的三相方波，根据速度电压MC33035可改变底部半桥输出脉冲宽度，相当于改变供给绕组的平均电压，从而控制转速。

4 软件设计

运动控制系统软件设计的关键是接收到主控计算机传来的运动控制指令后，电机是否能够达到要求的速度和角度，考虑到整个系统运行过程中不可避免的误差，特别引入补偿算法，实现速度和位置双闭环PID控制，其具体的控制流程如图4所示。

主控计算机根据步态规划的数据，发出运动指令，生成下一个运动周期各个电机的转动方向和角度等控制参数，运动控制器接收到新的数据之后，PWM控制根据数据计算出占空比信息并生成相应的PWM波，进而控制电机转动，随后将电机光电编码器传送回的信号转换成关节位置和速度等信息，补偿控制针对速度和位置误差采用PID算法进行调节，计算需要的执行量，调整PWM波形，在每一个运动周期内使电机达到指定的速度，并使运动中的关节电机能够克服机器人重力和外力的影响，保持在设定的角度。图5是CCS仿真调试

时，程序运行后在指定的摆动角度下监控到的单关节电机速度跟踪曲线，其响应时间和稳定性基本满足双足步行的要求。

5 结语

介绍了一种基于DSP的无刷直流电机运动控制系统，在控制方案的具体实现过程中，根据机器人腿部系统的自身特点，将控制器围绕DSP处理和电机控制电路来分别设计，这样既方便设计和调试，又增强了系统的灵活性和扩展性。电机驱动采用速度和位置双闭环控制，保证运转精度。经测试，系统基本满足运动控制的要求，为双足步行规划提供了试验平台。

双足步行机器人设计及运动控制

目录 第1章序言 (2) 1.1 双足机器人现状 (2) 1.2 技能综合训练意义 (2) 1.3 技能训练的内容 (2) 第2章元件选择、结构设计 (3) 2.1元件选择 (3) 2.2结构设计三维设计图 (4) 2.2.1零件三位模型以及装配 (4) 2.2.2装配三维模型 (7) 第3章控制系统设计 (10) 第4章系统软件编程与仿真 (12) 第5章结论...................................................................... 错误！未定义书签。参考文献 (17)

第1章序言 1.1双足机器人现状 随着世界第一台工业机器人1962年在美国诞生，机器人已经有了三十多年的发展史。三十多年来，机器人由工业机器人到智能机器人，成为21世纪具有代表性的高新技术之一，其研究涉及的学科涵盖机械、电子、生物、传感器、驱动与控制等多个领域。 世界著名机器人学专家，日本早稻田大学的加藤一郎教授说过：“机器人应当具有的最大特征之一是步行功能。”双足机器人属于类人机器人，典型特点是机器人的下肢以刚性构件通过转动副联接，模仿人类的腿及髋关节、膝关节和踝关节，并以执行装置代替肌肉，实现对身体的支撑及连续地协调运动，各关节之间可以有一定角度的相对转动。 双足机器人不仅具有广阔的工作空间，而且对步行环境要求很低，能适应各种地面且具有较高的逾越障碍的能力，其步行性能是其它步行结构无法比拟的。研究双足行走机器人具有重要的意义 1.2技能综合训练意义 技能训练是在学生修完除毕业设计外全部理论和时间课程以后的一次综合性时间教学环节，其目的和意义在于： 通过技能训练，了解机器人机构及控制系统设计的基础知识； 掌握机器人系统中元部件的正确选择方法和特性参数的确定； 培养学生对所学知识的综合应用，理论联系实际的能力； 培养学生的动手能力和实际操作能力； 1.3技能训练的内容 1、主要内容： 1）、机器人结构设计； 2）、控制系统软硬件设计与仿真； 3）、八自由度机器人运动控制。 2、训练形式 学生以小组为单位，集体讨论确定整体方案；指导教师给出实训方向，技术指标等，协助学生完成训练任务。

物料搬运机器人手的系统设计

天津大学 毕业设计 中文题目：物料搬运机器人手部系统的设计 英文题目：Material handling system design robot Hand department 学生姓名 系别机电 专业班级 2 指导教 成绩评定 2010年6月

目录 1 引言 (1) 1.1 机器人概述 (1) 1.2 机器人的研究历史及现状 (1) 1.3 机器人的发展趋势 (2) 2 手部的设计与计算 (3) 2.1 手部的设计 (3) 2.2 驱动方式 (3) 2.3 手部夹紧力的计算 (5) 2.4 弹簧的计算[6] (5) 2.5 手部电机选择原则【7】........................... 错误！未定义书签。 2.5.1 一般执行电机的选择原则...................... 错误！未定义书签。 2.5.2 电机的选用.................................. 错误！未定义书签。 2.6 手部电机参数计算.............................. 错误！未定义书签。 2.7 电机转速与夹紧力速度几何关系的确定............ 错误！未定义书签。 3 手臂的设计与计算............................... 错误！未定义书签。 3.1 手臂结构设计.................................. 错误！未定义书签。 3.2 手部质量计算.................................. 错误！未定义书签。 3.2.1 爪子的质量计算.............................. 错误！未定义书签。 3.2.2 手部外壳质量计算............................ 错误！未定义书签。 3.2.3 手部主轴的质量计算.......................... 错误！未定义书签。 3.2.4 其它部件的质量估算.......................... 错误！未定义书签。 3.3 手臂计算及电机选择............................ 错误！未定义书签。 4 结论.......................................... 错误！未定义书签。【参考文献】................................... 错误！未定义书签。致谢............................................ 错误！未定义书签。附录1：英文文献 .................................. 错误！未定义书签。附录2：英文文献翻译 .............................. 错误！未定义书签。

(完整版)基于单片机控制的双足行走机器人的设计

基于单片机控制的双足行走机器人设计 摘要：21世纪机器人发展日新月异，从传统的履带式机器人到如今的双足行走机器人，机器人的应用范围越来越广。本系统以单片机（STC89c52）为系统的中央控制器，以单片机（STC12c5410ad）为舵机控制模块。将中央控制器与舵机控制器，舵机，各类传感设备及受控部件等有机结合，构成整个双足行走机器人，达到行走、做动作的目的。单片机中央控制器与舵机控制器以串口通信方式实现。系统的硬件设计中，对主要硬件舵机控制器和STC89C52单片机及其外围电路进行了详细的讲述。硬件包括舵机控制器，STC12C5410AD 单片机，按键，各种传感器和数据采集与处理单元。软件包括单片机初始化、主程序、信号采集中断程序、通过串口通讯的接收和发送程序。论文的最后部分以双足行走机器人为基础，结合传感器，外围控制设备组成控制系统，并给出了此系统应用领域的一些探讨和研究。 关键词：单片机；舵机控制； STC12C5410AD

Bipedal robot design based on MCU Abstract：In the 21st century robot development changes with each passing day, from the traditional crawler robot to now bipedal robot, the robot's application scope is more and more widely.This system by single chip microcomputer (STC89c52) as the central controller in the system, STC12c5410ad MCU as the steering gear control module. The central controller and the servo controller, Steering gear, all kinds of sensing and control components such as organic combination, make up the whole bipedal robot, the purpose of to walk, do the action.Single chip microcomputer central controller and the servo controller to realize serial communication way.System hardware design, the main hardware servo controller and STC89C52 single-chip microcomputer and peripheral circuit in detail. Hardware including servo controller, STC12C5410AD micro controller, buttons, all kinds of sensor and data acquisition and processing unit. Software includes MCU initialization, the main program, and interrupts program signal collection, through a serial port communication to send and receive procedures. The last part of the paper on the basis of bipedal robot, combined with the sensor, the peripheral control device of control system, this system is also given some discussions and research in the field of application. Keywords：MCU; Servo Control; STC12C5410AD

双足(舵机)机器人制作日志

风之秀队机器人制作过程日志 07 月 04 日 日子过的好快，从决定参加机器人到现在才短短的20天， 今天已经算是上“战场”了，回顾这些天，从招人到组队以及 收集一手的参考材料，也算是费尽心机。不管怎样，都开始 了，那么就应该全力以赴的争取最好的成绩。 上午由谢芳老师给我们做了机器人硬件方面的培训，主要是利用PROTAL SE 99软件电路的原理图、PCB图的制 作。有些技巧、注意事项现在总结如下： 利用PROTeL SE 99建立SCH。。。D 的原理图，然后是建立 PCB-D。建立完原理图，要调整画布大小，选择默认的B。 1，小技巧：PAGE UP/DOWN可以放大缩小画布。 2，在编辑原理图时，使用E+D可以删除节点和线部件。 3，使用TOOL—ERC:可以快速检查编辑的错误。 4，DESIGN—UPDATE.PCB 可以生成PCB图。 5，在编辑PCB 图时，用鼠标点住部件，右键，可对PCB进行微调。 6，在编辑PCB图时使用END可消除移动留下的痕迹。90 7，建立好原理图，要添加“元件库”，在BROWSE.SCH---默认库（MISCE….D..FB）—元器件（双击可改变属性） 举例说明了电阻RES2的属性 : part: r10 ; 读电阻，如102，实际电阻值为10乘以（10的2次方）； 8，元件旋转：右键点住器件+空格，可360度旋转。右键点住器件+X，可水平旋转；右键点住器件+Y，可垂直旋转。 9，小技巧：NET ：自动连线（连线两端必须命名相同） 10，关于接地：电源地vcc和GND均在一个按钮上，只需改变属性。 11，PCB画边框：方框里有双波浪的按钮，点住不放。测量工具：report—m.. 12，PCB：红色区域表示正面，蓝紫色为反面 13，编辑PCB时，一定要手工布线 14，铺通：Design—rules—ruoting 15，熟悉芯片AS1117. 要求在7月6—10日，做出PCB图，设计出特殊机器人的机构和剧本。

喷漆机器人控制系统方案设计

喷涂机器人控制系统初步方案 一、控制系统组成框图 本控制系统采用了以PC104为核心，以步进电机驱动网为低层控制通道的开放式控制器。下图是整个控制系统的组成框图。

二、PC104模块选型 采用PC104是因为它有如下特点：结构小巧紧凑, 仅96 mm ×90 mm面积内集成了PC 机所有功能；采用自栈接的母线结构，级联牢固，易于扩充；整机功耗低；兼容性好，可以借鉴PC机成熟技术；外设丰富，应用简单。 本控制系统PC104模块选用研华PCM-3343F。其组成如下：核心模块DM&P V ortex86DX 的高性能低功耗CPU 模块，CPU 速度1.0 GHz，带有浮点运算单元，在板集成了256MB DDR2 SDRAM（最大可支持512MB）、显示控制器（支持LCD显示，最高分辨率为1024×768），以太网控制器等。带有PA TA硬盘接口1个，PC104扩展插槽1个，KB/MS插槽1个，USB2.0接口4个，16位GPIO口，RS-232接口3个，RS-232/422/485接口1个。 选择该嵌入式主板时，应注意： 1）购买时，要求将系统内存升级到512MB； 2）购买时，要求配齐以下配件： ①键盘及鼠标的接口线共2根（编号及图片如下）； p/n: 1703060053p/n: 1700060202 ②VGA接口线1根（编号及图片如下）； p/n: 1700000898

③US B×2接口线1根（编号及图片如下）； p/n: 1703100260 ④RS-232×2接口线1根（编号及图片如下）； p/n: 1701200220 ⑤RS-422/485接口线1根（编号及图片如下）；p/n: 1703040157 ⑥IDE接口线1根（编号及图片如下）； p/n: 1701440350 ⑦外接Li电池1个（编号及图片如下）； p/n: 1750129010

自动搬运机器人设计开题报告

本科毕业设计开题报告 题目：自动搬运机器人设计 院（系）：电气与信息工程学院 专业：电子信息工程 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 开题报告日期：2012年12月25日

填写说明 一、开题报告应包括下列主要内容： 1．研究目的和意义； 2．国内外发展情况(文献综述)； 3．研究/设计的目标； 4．研究/设计主要内容； 5．时间进程； 6．参考文献。 二、开题报告字数应不少于2.5千字。 三、开题报告时间应最迟应于开题答辩后一周上交。 四、若本次开题报告未通过，需在1个月内再次进行开题报告。 五、开题报告结束后，评议小组给出开题报告成绩，由教研室归档。 六、双面打印。 七、此表不够填写时，可另附页。

黑龙江科技学院本科毕业设计开题报告 题目自动搬运机器人设计 1、研究目的和意义 本课题最终目的在于研制机器搬运取代人工搬运工作，由于现代工业的迅猛发展，使得机器人已被越来越多的应用到科技、生产加工、服务等各个领域，并将有着更加广泛的发展，机器人的研制和生产已迅速发殿起来的一门新兴的技术。机器人是提高生产效率、改善产品质量的重要工具。将机器人应用于生产具有如下优点: 以提高生产过程中的自动化程度，有效的完成工业生产的各种操作流程，以及人工所不能完成的一些操作，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本；以改善劳动条件，避免人身事故，在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而搬运机器人即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故；可以减轻人力，并便于有节奏的生产，代替人进行工作，直接减少人力劳作，同时由于还可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床的综合加工自动线上，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的进行工作生产，是现代机械工业发展的必然趋势，通过机器人及搬运机械手结构设计的分析研究，熟悉了机器人设计分析的思路和流程，了解了我国和世界其他各国机器人的发展水平和现状，认知了当今机械行业的最新前沿科技，检测了自己在分析理论和解决实际问题上的能力，为日后的研究工作打下了良好的基础。 2、国内外发展情况(文献综述) 自从20世纪60年代初人类制造出第一台工业机器人以后，机器人就显示出了极强的生命力。经过四十年的迅速发展，在工业发达国家中，工业机器人已经广泛应用于汽车及汽车零部件制造业、机械加工行业、电子电气行业、橡胶及塑料工业、食品工业、木材与家具制造业等诸多领域中。机器人的分类方法有多种，按其应用可分为，工业机器人、军用机器人、农业机器人、服务机器人、水下机器人、空间机器人和娱乐机器人。作为先进制造业中不可替代的重要装备和手段，工业机器人是机器人中的一个重要分支，是机器人领域的重要研究发展方向，对工业机器人运动轨迹规划和控制的研究，一直受到人们的普遍关注。工业机器人已经成为衡量一个国家制造业水平和科技水平的重要标志，搬运机械人的是工业机器人的一个重要分支，它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。目前，对机器人技术的发展有最重要影响的国家是日本和美国，美国在机器人技术的综合性水平上仍处于领先地位，日本生产的机器人数量和种类则居世界首位。 我国发展机器人技术起步于20世纪70年代末，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人。但是我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离。总体来说，我国仍是一个机器人设备的消费市场，行业市场处于发展壮大中，因此，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，搬运机器人就是为实现这些工序的自动化而产生的。搬运机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。国外在这方面的运用不仅在单机、专机上采用，以减轻工人的劳动强度，并和机床共同组成一个综合的数控加工系统。同时研究采用摄象机和力传感装置和微型计算机连在一起，能确定零件的方位达到准确搬运的目的。所以搬运机器人以及搬运机械手的研究发展是我国现代化工业发展的必然趋势。

关于双足机器人的设计与研究

关于双足机器人的设计与研究 引言 机器人是一门综合性很强的学科，有着极其广泛的研究和应用领域。机器人技术是综合计算机技术、信息融合技术、机构学、传感技术、仿生科学以及人工智能等多学科而形成的高新技术，它不仅涉及到线性、非线性、基于多种传感器信息控制以及实时控制技术，而且还包括复杂机电系统的建模、数字仿真技术及混合系统的控制研究等方面的技术。 仿人形机器人是机器人技术中的一个重要研究课题，而双足机器人是仿人形机器人研究的前奏。步行技术是人与大多数动物所具有的移动方式，是一种高度自动化的运动，双足步行系统具有非常复杂的动力学特性，具有很强的环境适应性。相对轮式、履带式机器人，它具有无可比拟的优越性，可进入狭窄的作业空间，也可跨越障碍、上下台阶、斜坡及在不平整的地面上工作，以及护理老人、康复医学和一般家庭的家政服务。另一方面，由于双足机器人具有多关节、多驱动器和多传感器的特点，而且一般都具有冗余的自由度，这些特点对其控制问题带来很大难度，为各种控制和优化方法提供理想的实验平台，使其成为一个令人瞩目的研究方向，因此对双足步行机器人行走规划机器控制的研究不仅具有很高的学术价值，而且具有一定的现实意义。 以小型双足机器人的设计为重点，介绍一款小型双足机器人的设计，包括自由度配置，动力源核材料选择，并针对所设计的机器人进行静态步行规划。 1 小型双足机器人本体设计作为一种双足机器人研究平台，要求所设计的机器人能够满足研究者对双足机器人的基本要求，即机器人具备稳定行走的能力，为研究双足机器人的行走方法步态规划提供平台。图1为所设计的双足机器人的平面图。机器人共有18个自由度，头部的前方和左右两侧都装有超声波传感器，用来检测障碍物，头顶装有声敏传感器，用来检测声音。 1．1 机器人自由度配置

arduino双足机器人教材

双足机器人教材 ———基于Arduino开发平台V1.0 目录 一、机器人的组装 (1) 1.1. 组装工具 (1)

Arduino双足机器人教材 1.2. 机器人零部件 (1) 1.3. 部件装配 (3) 二、系统概述 (17) 2.1.arduino介绍 (17) 2.2.Arduino驱动安装 (21) 2.3.Arduino IDE菜单介绍 (27) 2.4.24路舵机驱动板介绍 (32) 2.5.图形化动作编辑软件 (33) 三、实验操作 (44) 3.1舵机实验 (44) 3.1.1 舵机介绍 (44) 3.1.2 舵机的内部结构 (44) 3.1.3舵机的控制协议 (48) 3.1.4 舵机实验操作 (49) 3.2 PS2手柄 (51) 3.2.1 PS2手柄介绍 (51) 3.2.2 PS2手柄实验操作 (52) 四、使用说明 (60) 4.1.接线端口介绍 (60) 4.2.操作说明 (60) 4.3.开发指南 (61)

注意事项 请认真阅读该手册并注意产品功能和用途说明。本手册在CD光盘上以PDF格式提供，如有需要可以进行复制或打印。 该手册内容可能因产品升级或其他原因而改变，本公司不另行通知客户。 安全防备 根据严重程度，安全防备分两种：警告和注意。在动手安装之前请先通篇阅读警告和注意事项。 安装和操作注意 本段包含防止机械损伤方面的内容。 危险！ 当操作机器人的时候要注意安全。 如果没有正确组装，机器人将不能正常工作甚至会损坏。组装方法详见第一章机器人组装说明。 在一个足够大的地方进行调试工作 警告！ 远离小孩。尽管该产品看起来像个玩具，在无人照看的情况下，它可能会对小孩造成伤害。 故障发生时，请立即关闭电源。如果电池被弄破，暴露在液体，火或其他热源面前，可能会导致电击。 不要拆开或修改充电器和其电缆。 当不充电时，请把充电器从电源上拔下。 不要拆卸或修改电机里面的电路板。 不要在热，潮湿或寒冷的环境下使用，因为该产品包含精密的元件。如果处在一个极端的条件下，错误可能发生。 充电时请确认充电器插座是牢固的。 请仔细阅读本手册，在调试时注意机器人各关节的方向，尽量避免关节相撞。 注意！ 机器人的电机需要定期维护以获得和维持恰当的性能。 在一个较大，平整的地方操作时机器人的表现效果会更好。如果工作空间很小又不平的话，机器人可能会摔倒甚至损坏。 在启动了机器人或操作的时候请不要把住机器人。 在程序的下载过程中不要关闭机器人电源，否则程序会丢失或损坏。 电池！ 套件里面包含锂离子(Li－Ion)电池做电源。该锂离子(Li－Ion)电池是高能量可充电的电池，必须妥善保管，充电和使用。 把充电器接入交流电源并把他连到电池的充电接口上。当充电器接到交流电源后，它上面的电源灯会亮起来并呈红色。状态指示灯会呈绿色，当电池充电完成，绿色指示灯熄灭。

机器人控制系统设计(毕业设计)文献综述

一、前言 1.课题研究的意义，国内外研究现状和发展趋势 1.1课题研究的意义 随着机器人在工业装配线的应用越来越广泛，工业环境对其控制系统的要求也越来越高，所以开放式机器人控制系统的设计具有工程实际意义。 课题以一四自由度关节型机器人研制为背景，设计机器人运动控制系统的硬件电路和软件结构，对机器人的运动控制电路进行设计，实现机器人按照预定轨迹或自主运动控制功能。 在机械工业中，应用机械手的意义可以概括如下： ①以提高生产过程中的自动化程度 应用机械手有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。 ②以改善劳动条件，避免人身事故 在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。 ③可以减轻人力，并便于有节奏的生产 应用机械手代替人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床的综合加工自动线上，目前几乎都没有机械手，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的进行工作生产 随着机器人技术的发展，机器人应用领域的不断扩大，对机器人的性能提出了更高的要求，因此，如何有效地将其他领域（如图像处理、声音识别、最优控制、人工智能等）的研究成果应用到机器人控制系统的实时操作中，是一项富有挑战性的研究工作。而具有开放式结构的模块化、标准化机器人，其控制系统的研究无疑对提高机器人性能和自主能力，推动机器人技术的发展具有重大意义。 1.2国内外研究现状和发展趋势 随着机器人控制技术的发展，针对结构封闭的机器人控制器的缺陷，开发“具有开放式结构的模块化、标准化机器人控制器”是当前机器人控制器的一个发展方向。近几年，日本、美国和欧洲一些国家都在开发具有开放式结构的机器人控制器，如日本安川公司基于PC开发的具有开放式结构、网络功能的机器人控制器。我国863计划智能机器人主题也已对这方面的研究立项。 由于适用于机器人控制的软、硬件种类繁多和现代技术的飞速发展，开发一个结构完全开放的标准化机器人控制器存在一定困难，但应用现有技术，如工业PC

搬运机器人结构设计与分析_毕业设计

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ 搬运机器人结构设计与分析 摘要 在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平。目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作。 本课题主要对搬运机器人的机械部分展开讨论，对原有的机械结构提出了新的改进方法，并把现在的新技术应用到本课题中，从而使得搬运机器人更加适用于现在的工业工作环境。通过详细了解搬运机器人在工业上的应用现状，提出了具体的搬运机器人设计要求，并根据搬运机器人各部分的设计原则，进行了系统总体方案设计以及包括：机器人的手部、腕部、臂部、腰部在内的机械结构设计。此搬运机器人的驱动源来自液压系统，执行元件包括：柱塞式液压缸、摆动液压缸、伸缩式液压缸等。通过液压缸的运动来实现搬运机器人的各关节运动，进而实现搬运机器人的实际作业。 关键词：搬运机器人；液压系统；机械结构设计；操作

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ Abstract In the modern large-scale manufacturing industry,enterprises to improve productivity, and,guarantee product quality, as an important part of the automation production line, industrial robots are gradually approved and adopted by enterprises. Industrial robot technology standards and application level, to a certain extent, reflect a level of national industrial automation. Currently, Industrial robot mainly tasked with welding, spraying, handling and stacking, repetitive and intensity of significant work. The subject of the main part of the handling of their machinery discussions, and on the original mechanical structure proposed for the new improved method, which makes the handling robot is more applicable to the present industrial working environment.Through a detailed understanding of the robot in the industrial application,to propose specific handling robot design requirements,and according to the robot design principles of various parts,for the system as well as including:the robot's hand, wrist, arm, waist, the design of mechanical structures.The transfer robot driven by the source from the hydraulic system, and the implementation of components including:plunger hydraulic cylinders, hydraulic cylinders, swing, telescopic hydraulic cylinders, etc.Through the hydraulic cylinder movements to implement the joint transport robot motion,And realize the operational handling robot. Keywords：Transfer robot；Hydraulic System；Mechanical Design；Operating

双足竞步机器人技术归纳报告

双足竞步机器人 技术总结报告

编制单位：侏罗纪工作室作者：侯兆栋 版本：V0.1 发布日期：2010-8-20 审核人： 批准人：

?引言 2010年中国机器人大赛已经结束，回顾整个比赛及赛前调试过程，我们遇到了很多问题，下面就将我们遇到的问题做一分析和总结，并提出改进方案，对我们以后的工作有所帮助。 ?遇到的问题及原因分析 ?机器人稳定性不好 机器人在走路的过程中不稳，比较晃。造成此问题的原因有两个： 1.机器人高度过高。 由于我们用成型的U型套件，套件高度是固定的，我们必须将腿做成一定的高度才能保证腰翻下去不压脚；下面两个套件决定了腰的高度，所以总体下来我们的机器人高度比较高，导致机器人重心比较高，平衡性不好，造成不稳定。 2.步态设计不合理。 在动作上需要6个舵机同时配合，要做到很协调，还是很有难度的，某个舵机的角度，速度都会对整个机器人的行走造成影响，这也是造成机器人走路不稳定的原因。 ?舵机控制问题 舵机控制原理

控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。 电源线和地线用于提供舵机内部的直流电机和控制线路所需的能源．电压通常介于4～6V，一般取5V。注意，给舵机供电电源应能提供足够的功率。 控制线的输入是一个宽度可调的周期性方波脉冲信号，方波脉冲信号的周期为20 ms(即频率为50 Hz)。当方波的脉冲宽度改变时，舵机转轴的角度发生改变，角度变化与脉冲宽度的变化成正比。

双足机器人制作及其步态运行

双足机器人制作及其步态运行 一、实验目的 1 . 掌握实验室设备使用方法 2 . 学会AutoCAD知识并运用以及学习arduino单片机的基本开发 3 . 了解双足机器人平衡控制方法。 二、原理说明 1．Arduino使用说明 Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台。包含硬件（各种型号的Arduino板）和软件（Arduino IDE)。它构建于开放原始 码simple I/O介面版，并且具有使用类似Java、C语言的 Processing/Wiring开发环境。主要包含两个主要的部分：硬件部分是可 以用来做电路连接的Arduino电路板；另外一个则是Arduino IDE，你的 计算机中的程序开发环境。你只要在IDE中编写双足步态程序代码，将 程序上传到Arduino电路板后，程序便会告诉Arduino电路板要做怎样 的步态运行。 2 . 双足步态算法 双足机器人平衡控制方法其中的“静态步行”（static walking），这种方法是在机器人步行的整个过程中，重心（COG，Center of Gravity）在机器人底部水平面的投影一直处在不规则的支撑区域（support region）内，这种平衡控制方法的好处是整个机器人行走的过程中，保证机器人 稳定行动，不会摔倒。但是这个平衡控制方法缺点是行动速度非常缓慢 （因为整个过程中重心的投影始终位于支撑区域）。另一种使用的平衡 控制方法是“动态步行”（dynamic walking），在这个控制方法中机器 人的步行速度得到了极大的飞跃，显而易见，在得到快速的步行速度同 时，机器人很难做到立即停止。从而使得机器人在状态转换的过程中显 现不稳定的状态，为了避免速度带来的影响。零力矩点（ZMP）被引入 到这个控制策略中，在单脚支撑相中，引入ZMP=COG。引入ZMP的好 处在于，如果ZMP严格的存在于机器人的支撑区域中，机器人绝不摔倒。

双足机器人

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/e81266078.html, 双足机器人 作者：张葛杨奕李恋 来源：《科学导报·学术》2018年第17期 摘要：本作品研究了基于STM32F407的双足机器人，此机器人采用了U型梁、多个180°数字舵机、多功能支架等构成了多自由度的机械结构，通过舵机驱动模块来控制舵机旋转从而实现机器人的稳定行走，以及模拟人类做一些简单的动作。本作品结构相对简单、安装快捷调试方便，且试验结果显示，该步行机器人能够实现平稳的行走，以及模拟人做一些较为复杂的动作，且性能优越，应用广泛。 关键词：双足机器人舵机驱动远程控制 引言 随着科学技术的发展以及人类对未知领域探索的加速，机器人的应用越来越广泛。一方面，机器人能取代人类完成一些机械繁重的工作，让人类从重复而无意义的体力劳动中解放出来；另一方面，机器人能代替人类完成具有危险性的任务，让人类减少生命安全财产的损失。种种方面使得人类对机器人的需求越来越强烈，故研究一种步行的机器人显得尤为重要。在机器人的行动方式中双足步行是自动化程度最高、最为复杂的动态系统。本作品主要研究双足机器人的行走过程。通过对外界环境的判断让机器人处理一些简单的应变，为机器人在以后更为复杂的工作环境稳定工作打下基础。因此双足机器人具有十分重大的研究价值和研制意义。 1总体方案 1.1硬件方面 1.1.1控制部分单片机是系统中控制部分最为关键的元件，其主要控制整个机器人的行动 方式，处理外部环境的变化，以及改变机器人行走的路线。系统还包括发射机电路和接收机电路，无线数据发射接收电路。其中，发射机电路采用多个可变电位器将控制者的控制动作转变为模拟控制信号，经发射端的单片机将输入的多路模拟信号经过A/D转换后变为数字信号， 再进行编码并由串行口发射；接收机电路的任务则是把接收到的信号进行适当放大并从中解调出编码信号，然后通过接收端的单片机将该信号转换成相应的舵机控制信号和电动机驱动控制信号，从而完成各个舵机的旋转以完成双足机器人不同的动作和姿态。 1.1.2电源部分采用LM7805cv是常用的三端稳压器，一般使用的是TO-220封装，在宽输入的条件下能提供5V直流的稳压输出，同时内部含过流和过载保护电路。若使用外围器件，它还能提供不同的电压和电流，输出波纹很小，适用于对双足机器人供电。

搬运机器人外文翻译

外文翻译 专业机械电子工程 学生姓名张华 班级 B机电092 学号 05 指导教师袁健

外文资料名称：Research，design and experiment of end effector for wafer transfer robot 外文资料出处：Industrail Robot：An International Journal 附件： 1.外文资料翻译译文 2.外文原文

晶片传送机器人末端效应器研究、设计和实验 刘延杰、徐梦、曹玉梅 张华译 摘要：目的——晶片传送机器人扮演一个重要角色IC制造行业并且末端执行器是一个重要的组成部分的机器人。本文的目的是使晶片传送机器人通过研究其末端执行器提高传输效率,同时减少晶片变形。 设计/方法/方法——有限元方法分析了晶片变形。对于在真空晶片传送机器人工作,首先,作者运用来自壁虎的超细纤维阵列的设计灵感研究机器人的末端执行器,和现在之间方程机器人的交通加速度和参数的超细纤维数组。基于这些研究,一种微阵列凹凸设计和应用到一个结构优化的末端执行器。对于晶片传送机器人工作在大气环境中,作者分析了不同因素的影响晶片变形。在吸收面积的压力分布的计算公式,提出了最大传输加速度。最后, 根据这些研究得到了一个新的种末端执行器设计大气机器人。 结果——实验结果表明, 通过本文研究应用晶片传送机器人的转换效率已经得到显着提高。并且晶片变形吸收力得到控制。 实际意义——通过实验可以看出,通过本文的研究,可以用来提高机器人传输能力, 在生产环境中减少晶片变形。还为进一步改进和研究末端执行器打下坚实的基础,。 创意/价值——这是第一次应用研究由壁虎启发了的超细纤维阵列真空晶片传送机器人。本文还通过有限元方法仔细分析不同因素在晶片变形的影响。关键词：晶片传送机器人末端执行器、超细纤维数组、晶片 1.介绍

双足机器人设计

小型双足步行机器人的结构及其控制电路设计 两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。两足步行系统具有非常丰富的动力学特性，对步行的环境要求很低，既能在平地上行走，也能在非结构性的复杂地面上行走，对环境有很好的适应性。与其它足式机器人相比，双足机器人具有支撑面积小，支撑面的形状随时间变化较大，质心的相对位置高的特点。是其中最复杂，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(如核电站内)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。 双足步行机器人自由度的确定 两足步行机器人的机构是所有部件的载体，也是设计两足步行机器人最基本的和首要的工作[1]。它必须能够实现机器人的前后左右以及爬斜坡和上楼梯等的基本功能，因此自由度的配置必须合理:首先分析一下步行机器人的运动过程(前向)和行走步骤:重心右移(先右腿支撑)、左腿抬起、左腿放下、重心移到双腿中间、重心左移、右腿抬起、右腿放下、重心移到双腿间，共分8个阶段。从机器人步行过程可以看出:机器人向前迈步时，髓关节与踝关节必须各自配置有一个俯仰自由度以配合实现支撑腿和上躯体的移动;要实现重心转移，髋关节和踝关节的偏转自由度是必不可少的;机器人要达到目标位置，有时必须进行转弯，所以需要有髋关节上的转体自由度。另外膝关节处配置一个俯仰自由度能够调整摆动腿的着地高度，使上下台阶成为可能，还能实现不同的步态。这样最终决定髋关节配置3个自由度，包括转体(roll)、俯仰(pitch)和偏转(yaw)自由度，膝关节配置一个俯仰自由度，踝关节配置有俯仰和偏转两个自由度。这样，每条腿配置6个自由度，两条腿共12个自由度。髋关节、膝关节和踝关节的俯仰自由度共同协调动作可完成机器人的在纵向平面(前进方向)内的直线行走功能；髋关节的转体自由度可实现机器人的转弯功能；髋关节和踝关节的偏转自由度协调动作可实现在横向平面内的重心转移功能。 机器人的转体(roll)、俯仰(pitch)和偏转(yaw)定义如图1所示[2]。

机器人分布式控制系统设计与实现

机器人分布式控制系统设计与实现 1引言 目前,机器人系统的特点是开放式机器人控制,强调结构化、模块化、 可扩展性、交互性,是对机器人设计结构单一、信息封闭、缺少交互性缺点的突破。分层分布式控制系统采用集中管理，分散控制方式，这种控制方法优点体 现在：集中监控和管理，管理和现场分离，管理更加综合化和系统化；实现分 散控制可使各功能模块的设计、装配、调试以及维护相互独立，系统控制的危 险性分散，可靠性提高，投资减小；采用网络通信技术，可根据需要增加以微 处理器为核心的功能模块，具有良好的系统开放性、扩展性和升级特性。 本论文详细介绍了一种分层分布式控制系统的设计方案，系统由上到下分 为主控中心决策层、车载PC运算层、下位机驱动子层以及位置反馈子层。主 控中心决策层是系统的主层，可以是台式机或笔记本电脑，基于VC++编译环 境设计的人机交互界面，满足友好、便于操作的要求，主控中心决策层的功能 是总体规划和分配任务，对机器人进行远程监控；车载PC运算层为一台笔记 本电脑，基于VC++编译环境设计了控制界面，通过无线网卡与主控中心决策 层进行数据传输，采用面向连接可靠的TCP传输控制协议，保证数据传输的可 靠性；下位机驱动子层和位置反馈子层是相互独立的功能模块，与车载PC运 算层之间通过串口进行通信；下位机驱动子层是一个完整的直流电 机闭环控制系统，包括CPU、控制芯片、驱动芯片以及增量式光电编码器；位置反馈子层通过CPU的I/O口和中断得到机器人车轮轴转角信息，结合机器 人机械系统的实际尺寸计算机器人中心的实际位置信息，处理好的位置信息通 过串口反馈给车载PC运算层。该控制系统应用在国家自然科学基金资助项目 和国家重点基础研究发展计划973项目的移动机器人平台上，运动控制测试结 果表明，分层分布式控制方式控制精度高，稳定性好，系统响应迅速；同时该 控制系统具有超强的计算能力和二次开发潜力，根据项目研究需要可在各个子 层进行分布式扩展，比如在下位机驱动子层和位置反馈子层的同级层中扩展传 感器功能子层，增加机器人的智能。该控制系统为项目的实验工作奠定基础。 2分层分布式控制系统设计 1. 基于VC++的主控中心决策层设计 主控中心决策层的作用是总体规划和分配任务，对机器人进行远程监控。 基于VC++编译环境，采用模块化方法对人机交互系统进行设计，分为网络数 据传输模块、运动参数输入模块、轨迹显示模块、视觉监控模块。如图

双足机器人技术设计

双足机器人技术设计 摘要：双足机器人的机构是所有部件的载体，也是设计双足机器人最基本的和首要的工作。本文根据项目规划和控制任务要求，按照从总体到部分、由主到次的原则，设计了一种适合仿人双足机器人控制的机构。文章首先从机构的设计目标出发，制定了总体设计方案，再根据总体方案进行了关键器件的选型，最后完成了各部分机构的详细设计工作。最终的机构在外型上具有仿人的效果，在功能上完全满足电气各部件机载化的安装要求。 关键词：载体；设计方案；控制 1 引言 双足机器人机构设计是机器人研制开发的首要问题。我们根据项目整体机构高度、重量、总自由度数、自由度的布局、以及整体机构最终要达到的步幅和步速的要求，首先确定了双足机器人机构的整体设计方案，其次根据研制进度的需要，按重要程度由高至低分步地进行了机构的设计、加工、装配和调试，直到满足设计要求。 2 机构总体设计方案 针对项目根据实际拟订目标，结合我们所学知识，从仿人外形和仿人运动功能实现，首先确定了双足双足机器人自由度。 双足机器人的机构是所有部件的载体，也是设计两足双足机器人最基本的和首要的工作。它必须能够实现机器人的前后左右以及爬斜坡和上楼梯等的基本功能，因此自由度的配置必须合理。首先分析双足机器人的运动过程(前向)和行走步骤:重心右移(先右腿支撑)、左腿抬起、左腿放下、重心移到双腿中间、重心左移、右腿抬起、右腿放下、重心移到双腿间，共分8个阶段。从机器人步行过程可以看出:机器人向前迈步时，髋关节与踝关节必须各自配置有一个俯仰自由度以配合实现支撑腿和上躯体的移动；要实现重心转移，髋关节和踝关节的偏转自由度是必不可少的;机器人要达到目标位置，有时必须进行转弯，所以需要有髋关节上的转体自由度。另外膝关节处配置一个俯仰自由度能够调整摆动腿的着地高度，使上下台阶成为可能，还能实现不同的步态。这样最终决定髋关节配置3个自由度，包括转体、俯仰、和偏转自由度，膝关节配置一个俯仰自由度，踝关节配置有俯仰和偏转两个自由度。这样，每条腿配置6个自由度，两条腿共12个自由度。髋关节、膝关节和踝关节的俯仰自由度共同协调动作可完成机器人的在纵向平面(前进方向)内的直线行走功能；髋关节的转体自由度可实现机器人的转弯功能；髋关节和踝关节的偏转自由度协调动作可实现在横向平面内的重心转移功能。提出了机