26自由度仿人机器人的设计与控制.pdfVIP

维普资讯 学兔兔 第2期 (总第147期) 机 械 工 程 与 自动 化 No．2 2008年4月 MECHANlCAL ENGINEERlNG ＆ AUTOMAT10N Apr． 文章编号：1672—6413(2008)02—0130-02 2 6自由度仿人机器人的设计与控制 冯 威，陈 工 (北京科技大学 机械工程学院，北京 100083) 摘要：设计了一个具有26个自由度的仿人机器人，该仿人机器人具有与真实人物极为相似的外观形象，通过 PIC16F877芯片对多台舵机和直流电机进行协调控制，完成眼睛、眉头、嘴角等面部表情动作和手臂、腰部等 行为动作。通过该系统能够为人工智能、行为控制、人工心理等研究提供一个高效综合的试验和演示平台。 关键词：仿人机器人；舵机控制；单片机 中图分类号：TP242．6 文献标识码：A 0 引言 外形及其内部机械结构见图1。 机器人这个词语人们并不陌生，我国科学家对机 器人的定义如下：机器人是一种自动化的机器，所不 同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能 力，如感知能力 、规划能力、动作能力和协同能力，是 一 种具有高度灵活性的自动化机器。随着科学技术的 发展，机器人的应用领域也在不断拓宽，逐渐由制造 业向非制造业和服务行业发展，具有人类的外形特征、 可以模仿人类行为能力的仿人机器人已经出现，因此 该领域集成了人工智能、人机工程学、电子技术、机 械以及计算机等多学科知识及多项高新技术。仿人机 器人代表了机器人的尖端技术。 l 机构设计 圈 1 仿人机器人外形及其内部机械结构 针对仿人机器人的设计要求，从仿人外形、仿人 1．3 表情机器头的结构设计 运动功能实现及机器人整体结构出发，在考虑机构的 表情机器头的制作大致可分成4个步骤：①三维 运动学、动力学和控制系统、驱动系统要求的前提下 进行了仿人机器人的机械机构设计。该仿人机器人高 机械结构的设计，本设计采用了CAXA实体2006进 约1．65m，重量不超过65kg，共有26个自由度。 行三维图设计；②机械结构的加工及装配，为了保证 1．1 电机选型 重量和强度的要求，大部分零件采用硬铝(I Y12)材 仿人机器人机构设计中关节轴系的设计必须结构 料；③玻璃钢外壳及眼球、眼睑的安装固定；④硅胶 紧凑，传动精度和效率高，并保证提供必要的输出力 外皮的制作安装，面部表情动作的制作安装，头发、睫 矩和输出速度，以满足机构动作的速度和承载能力的 毛、眉毛制作安装，眼球上色及脸部的化妆。表情机 要求。本次设计选用了两种型号的舵机(HG14一M和 器头的制作过程见图2，仿人机器人头部的具体自由 MICRO 2BB MG)和一种直流电机(额定功率20W；电 度及选用电机见表1。 机自带减速箱的减速比100：1；连续转矩26．1mN· 1．4 腰部的机械结构设计 m)。 腰部运动主要有2个自由度，一个是弯腰，一个 1．2 仿人机器人的外形设计 是转腰，弯腰的运动范围是O。～3O。，转腰的运动范围