用于自動(dòng)循跡的雙足機(jī)器人設(shè)計(jì)

梁鵬

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人在人們生活中的參與感越來(lái)越強(qiáng)，也使人們的生活越來(lái)越便捷。而機(jī)器人中最受人們關(guān)注的莫過(guò)于雙足機(jī)器人，并且雙足機(jī)器人的發(fā)展也十分迅速。根據(jù)當(dāng)前機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合E18-D80NK漫反射紅外傳感器及C8051F410單片機(jī)等，設(shè)計(jì)出一款用于自動(dòng)循跡的雙足機(jī)器人，使雙足機(jī)器人朝智能化的方向發(fā)展，加快自動(dòng)化進(jìn)程。

關(guān)鍵詞：雙足機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)自動(dòng)循跡

1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

此自動(dòng)循跡機(jī)器人的主要組成為8個(gè)LDX-218高精度雙軸數(shù)字舵機(jī)，來(lái)模擬人體的腿部的各個(gè)關(guān)節(jié)，機(jī)器人的實(shí)體模型如圖1所示，其中腳底的兩個(gè)數(shù)字舵機(jī)橫置，用于行走過(guò)程中的重心轉(zhuǎn)移，保持機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。而最上面的兩個(gè)舵機(jī)相當(dāng)于人體的大腿根部及膝關(guān)節(jié)，這兩個(gè)舵機(jī)在重心偏移的情況下實(shí)現(xiàn)腿部的邁出，使機(jī)器人能夠向前移動(dòng)。另外，腳部上面的兩個(gè)舵機(jī)為豎放的轉(zhuǎn)向舵機(jī)，即通過(guò)這兩個(gè)舵機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的轉(zhuǎn)向。具體過(guò)程為：當(dāng)在行走過(guò)程中需要轉(zhuǎn)彎時(shí)，在空中那條腿的轉(zhuǎn)向舵機(jī)偏轉(zhuǎn)，隨后落地，并且當(dāng)另一條腿抬起后，轉(zhuǎn)向舵機(jī)偏回從而使機(jī)器人的行走方向轉(zhuǎn)變，來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)。

2控制系統(tǒng)

此自動(dòng)循跡的雙足機(jī)器人的控制部分主要由舵機(jī)控制板和Arduino UNO板組成，其中舵機(jī)控制板如圖2所示，它有24個(gè)舵機(jī)接口，通過(guò)舵機(jī)線實(shí)現(xiàn)與數(shù)字舵機(jī)的PWM信號(hào)傳輸，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)舵機(jī)旋轉(zhuǎn)角度的控制，來(lái)完成機(jī)器人的不同運(yùn)動(dòng)。在舵機(jī)控制板中，還可以儲(chǔ)存特定的動(dòng)作組文件，有助于實(shí)現(xiàn)在脫離計(jì)算機(jī)的情況下機(jī)器人的自主運(yùn)動(dòng)。另外控制系統(tǒng)還包括Arduino UNO板，其主要作用為具體控制機(jī)器人的行走狀態(tài)，即根據(jù)傳感器的傳來(lái)的電平信號(hào)，經(jīng)過(guò)C8051F410單片機(jī)的處理，決定此雙足機(jī)器人執(zhí)行舵機(jī)控制板中的哪個(gè)動(dòng)作組。再有，機(jī)器人每個(gè)動(dòng)作組的運(yùn)行次數(shù)也可通過(guò)Arduino UNO板控制，使得機(jī)器人的在自動(dòng)循跡過(guò)程中更加精確可靠。整個(gè)控制系統(tǒng)的控制流程圖如圖3所示。

圖2 舵機(jī)控制板

圖3控制系統(tǒng)流程圖

3自動(dòng)循跡

此雙足機(jī)器人的核心環(huán)節(jié)在于可實(shí)現(xiàn)在脫離人為控制下自動(dòng)循跡，而此功能的實(shí)現(xiàn)主要通過(guò)E18-D80NK漫射紅外傳感器。此傳感器的輸入電壓為5VDC，負(fù)載電流為100mA，并且感應(yīng)距離較遠(yuǎn)，可達(dá)80CM，最重要的是，此傳感器反應(yīng)迅速，響應(yīng)時(shí)間僅為2ms，使得信號(hào)傳遞具有良好的時(shí)效性，有利于此雙足機(jī)器人的自主循跡運(yùn)動(dòng)。并且此傳感器受環(huán)境的干擾小，在光強(qiáng)小于10000LX時(shí)都可以使用。此紅外傳感器的工作過(guò)程為：它置于機(jī)器人的前面，當(dāng)機(jī)器人直行的過(guò)程中，它時(shí)刻返回高電平，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的穩(wěn)定直行，但檢測(cè)到需要轉(zhuǎn)彎時(shí)，此傳感器會(huì)持續(xù)穩(wěn)定的返回低電平，并通過(guò)單片機(jī)的處理后，控制舵機(jī)旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度，直到機(jī)器人完成特定的轉(zhuǎn)彎動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自主循跡。

結(jié)語(yǔ)

此款用于自動(dòng)循跡的雙足機(jī)器人，結(jié)合傳感器以及C8051F410單片機(jī)，控制機(jī)器人的8個(gè)LDX-218高精度雙軸數(shù)字舵機(jī)，來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自動(dòng)循跡，提高了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。并且還兼?zhèn)淞藗鹘y(tǒng)雙足機(jī)器人靈活、機(jī)動(dòng)性高的特點(diǎn)，是一款自動(dòng)化程度較高的機(jī)器人，此款機(jī)器人的發(fā)展對(duì)于生產(chǎn)實(shí)踐具有不可替代的作用。

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指導(dǎo)教師：樸鋒愛(ài)（延邊大學(xué)工學(xué)院）吉林延吉? 133000