毕业设计（论文）-双足竞步机器人设计与制作技术报告精选.doc

中国矿业大学徐海学院 双足竞步机器人设计与制作技术报告 队 名： 班 级： 电气13-5班 成 员： 题 目： 双足竞步机器人 任课教师： 2015 年12月 双足竞步机器人设计与制作任务书 班级 电气13-5班 学号 学生姓名 任务下达日期： 2015 年 10月 16 日 设计日期：2015 年11 月1 日 至2014年12月31日 设计题目： 双足竞步（窄足）机器人的设计与制作 设计主要内容和完成功能： 双足竞步机器人机械图设计； 双足竞步机器人结构件加工； 双足竞步机器人组装； 双足竞步机器人电气图设计； 双足竞步机器人控制板安装； 整机调试 完成6米的马拉松比赛。 教师签字： 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。文章首先从机器人整体系统出发，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。经过硬件设计、组装；软件设计、编写；整体调试，最终实现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。本文介绍一个六个自由度的小型双足机器人的设计、调试与实现。包括机械结构设计、电路设计与制作，机器人步态规划算法研究，利用 Atmega8 芯片实现了对六个舵机的分时控制，编写 VC 上位机软件,通过串口通信对双足竞步机器人进行调试，通过人体仿生学调试出机器人的步态规划。实现了双足竞步机器人稳定向前行走、立正。 关键词：双足机器人、机械结构 目 录 1 系统概述 1 2 硬件设计 2 2.1机械结构 2 2.2电路设计 2 3 软件设计 4 3.1 AVR 单片机程序设计 4 3.2 PC 上位机调试软件设计 4 4 系统调试 5 5 结束语 6 6 参考文献 7 7 附录 8 7.1源程序 8 7.2相关图片 9 1 系统概述 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。 双足机器人系统，从硬件上可以分为机械结构部分、驱动部分、传感部分和控制部分；从功能上可以分为机构模块、驱动模块、感知模块和控制模块。机械结构部分的设计 机械结构部分在整个系统中，起到一个平台的作用，机器人的其他部分都是在此机械结构的基础上进行安装调试的。本文首先对双足机器人进行机械结构的设计，搭建双足机器人控制系统和步态规划的平台。 控制部分的设计 因为我们选择舵机来对双足机器人进行驱动，而舵机一般都是通过ＰＷＭ技术来进 行控制的。所以，为了实现对舵机的精确控制，需要设计出一个能够输出多路ＰＷＭ信 号的舵机控制器。 双足竞步机器人的步态规划 由于双足竞步机器人具有多关节、多驱动器、多约束等特点，在对其进行步行规划 及行走控制时有很大的难度。如何规划机器人步态使其稳定行走仍是双足机器人研究领域的关键技术之一。步态是在步行运动过程中，机器人的各个关节在时序和空间上的一 种协调关系，通常由各关节运动的一组时间轨迹来描述。步态规划的目标是产生期望步 态，即产生在某个步行周期中实现某种步态的各关节运动轨迹（期望运动轨迹）。步态规 划是双足机器人稳定步行的基础，要实现和提高机器人的行走性能，必须研究实用而有效的步态规划方法，以实现机器人的稳定步行。 2 硬件设计 2.1机械结构 双足机器人机械结构设计中关节轴系的结构设计必须紧凑，传动精度高，效率高，并保证提供必要的输出力矩和输出速度，以满足机构动态步行运动速度和承载能力。在机械结构的总体设计方案制定后，我们对机械结构中关键器件进行了选型，主要包括轴系电机、传动杆件等，为此我们根据轴系对运动实现的重要性把机器人所有轴系分为两类：主要轴系和次要轴系。主要轴系包括下肢所有轴系，它们涉及双足机器人基