基于STM32的双足机器人运动控制系统设计

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1、万方数据2013年第5期煤矿机电·5·基于STM32的双足机器人运动控制系统设计宋怡雯，郭鹏(山东科技大学机器人研究中心，山东青岛266590)摘要：设计了一种结构简单、自由度少、行走灵活的小型双足机器人，并用电子罗盘HMC5883对机器人的行走路径进行实时反馈与校正，深入研究了机器人的运动控制。设计的机器人主要靠腰部转动带动前行，以保持行走的稳定性；增加双足之间的距离以加大步幅，增加舵机转速以提高机器人的运动速度。关键词：双足机器人；舵机；电子罗盘中图分类号：TP242．2文献标识码：A文章编号：1001—0874(2013)05—0005—03DesignofBipedRobo

2、tKineticControlSystemBasedonSTM32SongYiwen，GuoPmg(RoboticsResearchCenter，ShandongUniversityofScienceandTechnology，Qingdao266590，China)Abstract：Designsthesmallbipedrobotwithsimplestructure，lessdegreeoffreedomandwalkingflexibility，whichmakesdeepresearchabouttherobot’Skineticcontrolbyaddingtheele

3、ctroniccompassHMC5883tocorrecttherobotmovingpathbythefeedback．Therobotmovingforwardmainlydependsonthewaistturning，whichmakesthewalkingstable．TheincreasingofthedistancebetweentwopedMsmakesthestridebigger；andthespeeding—upofthesteeringgearmakestherobotmovingquicker．Keywords：bipedrobot；steeringge

4、ar；electroniccompass0引言双足机器人的应用十分广泛，并已成为机器入研究领域的热点。保持机器人的正确行走方向和行走稳定性是研究的难点∽1。本文采用STM32F103芯片，为舵机与电子罗盘HMC5883提供了良好的控制平台。1控制系统概述双足机器人只有腰部与脚踝两个自由度。舵机为AX．12数字舵机。PC机与舵机通过无线串口不间断地进行数据传输，指挥机器人活动关节完成相应的转动角度。控制系统结构见图1。机器人完成组装后，应先对机器人的步态进行仿真，得出机器人行走时各个舵机的转动次序及转动角度，以确定PC机应发指令。为了保证机器人运动方向的正确，控制系统中加入了HMC5

5、883电子罗盘，机器人每走一步检测一次，经过自适应控制校正下一步的步态。图1系统结构图2舵机控制原理AX．12舵机的主要参数是：万方数据·6·煤矿机电2013年第5期通信方式为半双工通信。它有两个完全相同的三线接口分别为地线、电源和数据线，供电电压为7～10V。图2为发送与接收数据的电路图。用一条总线连接多个舵机，舵机连接如图3所示。不同舵机的ID不同，数组指令中包含ID信息，只有ID对应的舵机接受该指令。当DIRECTION—PORT为高电平，舵机发送数据；当DIRECTION—PORT为低电平，舵机接收数据。图2舵机通信电路图3舵机连接图舵机的位置和速度为1024等分控制，舵机

6、位置角度从0。到300。，300。到360。为无效角度，其中300。对应的十六进制为0x3ff，0。对应为0。速度对应方式与此相同。可用公式表示为：十六进制数300舵机位置舵机的表盘如图4所示。控制指令包括：0xff，0xff，0x01，0x07，0x03，0xle，0x01，0x01，0x00，0x02，0xd5。其中0xff，Oxff为起始标志。0x01为舵机ID。0x07为指令长度，从ID之后开始计算。Ox03，Oxle为控制寄存器地址。Ox01，Ox01为舵机位置。0x00，0x02为舵机转动速度。最后一位0xd5为验证码。3硬件电路设计系统的硬件电路包括主控制芯片STM3

7、2F103、电源、JTAG仿真及下载接口、时钟、I／O扩展、串口1、串口2、51单片机电路、HMC5883电路等模块组成。其硬件控制体统结构图如图5所示。150。[目标位置0xI闭[目标位置图4舵机表盘示意图标位置0】匝口㈢数组指令@匝西—翘回㈢雨i习㈢S3’M32F103反馈l!!皇p辱爿串口2爵=爿51单片机l什霹叵圆㈢HMC5883图5硬件控制体统结构图STM32芯片、51单片机、HMC5883的供电电压都为5V，而舵机的供电电压为7V～10V之间。系统采用的供