舵机驱动仿生四足机器人设计

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1、舵机驱动仿生四足机器人设计林德龙（西南科技大学机器人技术及应用四川省重点实验室，四川绵阳621010）摘要：四足机器人是模仿动物的运动机理，实现不同环境下的适应性行走。电机驱动相比液压或气压驱动，有能量传递方便，信号传递迅速，标准程度高的优点，成为机器人驱动的主流选择。针对四足机器人多自由度运动的特点，提出了一种舵机驱动控制机器人实现所规划的行走步态的有效方法。即采用模块化设计了舵机驱动四足机器人，其中包括控制系统软硬件的设计、传感器的应用以及机器人的步态规划。实验证明此种方法能实现良好的行走稳定性。关键词：四足机器人；舵机驱动；模块化设计；步态规划中图分类号：TP242文献

2、标识码：A文章编号：1006－0316(2011)02－0066－04Servo-drivenbionicquadrupedrobotdesignLINDe-long(SichuanProvinceKeyLaboratoryofRobotTechnology&Application,SouthwestUniversityofScience&Technology,Mianyang621010,China)Abstract：Quadrupedrobotsareimitatinganimals’mechanisms;realizetheadaptabilityofwalkingin

3、differentenvironments.Motordrivehaveadvantagesofenergytransferconvenient,signaltransformquickly,highlevelstandard,thanhydraulicorpneumaticdrive,becomethemainstreamofdriver.Duetomorefreedommovementcharacteristicsofquadrupedrobot,thispaperputsforwardaeffectivemethodofakindofservodrivecontrols

4、therobottoachieveplannedwalkinggait.Themodulardesigntheservo-drivenquadrupedrobot,includingsoftwareandhardwaredesignofcontrolsystem,theapplicationofsensorandrobot’sgaitplanning.Experimentprovesthismethodcanachievegoodstabilityofwalking.Keywords：quadrupedrobot；servodrive；modulardesign；gaitpl

5、anning在地球表面，多为崎岖不平的地面，仅仅依靠轮式机械无法完全实现在这些自然环境中行走。因此，设计和制造一种类似动物能够适应各种不平地面和恶劣环境的机器人，一直以来是人类追求的目标。正是基于此，使得仿生足式机器人的研究成为机器人研究领域的热点之一。其中四足机器人由于既有超过二足机器人的平稳性又避免了六足机器人机构的冗余性和复杂性，在工程探险、反恐防爆、军事侦察等领域具有良好的应用前景，开展该方面的研究具有重要的实际应用价值及社会意义[1]。———————————————收稿日期：2010－09－20作者简介：林德龙（1983－），福建莆田人，硕士研究生，主要研究方向为多

6、足步行机器人技术、虚拟样机技术和机器人仿生控制。针对舵机这一特性，设计底层驱动器的系统结构图如图3所示[2]。Mage8的16位定时器分时产生16次定时中断，中断子程序产生移位脉冲，通过4N25光偶隔离输入到移位寄存器，实现各路脉冲宽度调制（PWM，PulseWidthModulation）信号高电平部分的分时产生[3]。图4为定时产生脉冲的中断处理流程，图5例举了产生4路PWM信号的波形图。实际电路原理图如图6所示。1本体设计四足机器人单腿设置髋关节、膝关节两个自由度，能在一个平面内自由运动。采用舵机作为机器人的关节驱动器。为了便于步态规划，设计上下肢L1、L2长均为65m

7、m。机身用铝合金框架。每只脚底均安装一个光电接触式传感器，能有效检测脚底环境的变化。头部转动也安装有舵机，携带光电反射式传感器，能探测前方180°半径750mm内的障碍物。2控制系统设计图2舵机工作原理框图为了使机器人能灵活地搭载各种传感器，将底层驱动单元与上层步态算法平台分开。因为四足机器人的各关节均为舵机驱动，特设计了16路舵机驱动器作为底层驱动单元，用来驱动机器人全身各关节。并设计了上层算法平台，将各关节参数通过通用同步/异步收发器（USART，UniversalSynchronousAsynch