基于AVR的雙足競(jìng)步機(jī)器人設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、機(jī)器人競(jìng)賽已成為國(guó)內(nèi)高校大學(xué)生熱衷參與的科技創(chuàng)新活動(dòng)之一，開(kāi)發(fā)一個(gè)適用比賽的競(jìng)賽機(jī)器人平臺(tái)具有比較重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文以中國(guó)機(jī)器人大賽暨RoboCup中國(guó)公開(kāi)賽為背景，旨在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一個(gè)用于競(jìng)賽的雙足競(jìng)步機(jī)器人平臺(tái)，根據(jù)比賽規(guī)則，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了雙足競(jìng)步機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)、基于ATmega128的控制系統(tǒng)硬件、穩(wěn)定步態(tài)以及控制系統(tǒng)軟件等，最終對(duì)雙足競(jìng)步機(jī)器人進(jìn)行實(shí)驗(yàn)調(diào)試和驗(yàn)證。
　　本文首先在分析理解雙足競(jìng)步機(jī)器人機(jī)械機(jī)構(gòu)和比賽規(guī)則的基礎(chǔ)上

2、，通過(guò)對(duì)人體關(guān)節(jié)和自由度的分析、簡(jiǎn)化，為雙足競(jìng)步機(jī)器人雙腿的髖、膝、踝關(guān)節(jié)各配置了1個(gè)前向運(yùn)動(dòng)的自由度，并選擇模擬舵機(jī)SR-403P作為關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)元件，使用Pro/Engineer軟件對(duì)舵機(jī)連接件、腳底板和頂板等機(jī)械零件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，完成6自由度的雙足競(jìng)步機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)和制作。然后，根據(jù)雙足競(jìng)步機(jī)器人的控制要求，選用AVR系列單片機(jī)ATmega128作為系統(tǒng)控制芯片，選用高性能充電電池作為舵機(jī)和控制電路的電源，為濾除干擾使用光耦器

3、件對(duì)控制電路和舵機(jī)進(jìn)行隔離，使用紅外傳感器對(duì)機(jī)器人糾偏，基于模塊化思想設(shè)計(jì)了單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、外圍隔離電路、電源電路、紅外傳感器電路等，通過(guò)萬(wàn)用板焊接電路檢驗(yàn)了電路可行性，采用Altium Designer10軟件完成各個(gè)模塊硬件電路原理圖和PCB電路板的設(shè)計(jì)和制作。再后，根據(jù)雙足競(jìng)步機(jī)器人的動(dòng)作要求，選用基于仿生學(xué)原理的步態(tài)規(guī)劃方法，對(duì)人的步行和空翻過(guò)程進(jìn)行仿真分析，將人的運(yùn)動(dòng)過(guò)程簡(jiǎn)化、改進(jìn)，得到機(jī)器人髖、膝、踝關(guān)節(jié)的角度變化數(shù)據(jù)，

4、經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試后設(shè)定為雙足競(jìng)步機(jī)器人的步行和滾翻動(dòng)作初始步態(tài)數(shù)據(jù)，達(dá)到雙足競(jìng)步機(jī)器人完成行走和翻滾動(dòng)作的要求。最后，在軟件設(shè)計(jì)方面，設(shè)計(jì)了包括主函數(shù)、行走函數(shù)、紅外檢測(cè)及中斷觸發(fā)函數(shù)等多個(gè)軟件函數(shù)，行走函數(shù)運(yùn)用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器產(chǎn)生6路PWM信號(hào)，按照初始步態(tài)數(shù)據(jù)不斷計(jì)算PWM占空比并及時(shí)改變輸出，驅(qū)動(dòng)6個(gè)舵機(jī)協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)雙足競(jìng)步機(jī)器人行走、前滾翻和后滾翻等功能，并設(shè)計(jì)了行走速度調(diào)節(jié)算法，在保證行走速度的基礎(chǔ)上使機(jī)器人步態(tài)更穩(wěn)定;紅外檢測(cè)及