毕业设计（论文）-双足竞步机器人设计与制作技术报告

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1、中国矿业大学徐海学院2013级双足竞步机器人设计与制作技术报告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月中国矿业大学徐海学院2013级双足竞步机器人设计与制作技术报告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：1、双足竞步机器人机械图设计；2、双足竞步机器人结构件加工；3、双足竞步机器人组装；4、双足竞步机器人电气图设计；5、双足竞

2、步机器人控制板安装；6、整机调试7、完成6米的马拉松比赛。教师签字：摘要中国矿业大学徐海学院2013级双足竞步机器人设计与制作技术报告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

3、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12硬件设计22.1机械结构22.2电路设计23软件设计43.1AVR单片机程序设计4中国矿业大学徐海学院2013级双足竞步机器人设计与制作技术报告3.2PC上位机调试软件设计44系统调试55结束语66参考文献77附录87.1源程序87.2相关图片9中国矿业大学徐海学院2013级双足竞步机器

4、人设计与制作技术报告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

5、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

6、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。第10页中国矿业大学徐海学院2013级双足竞步机器人设计与制作技术报告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

7、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本运动功能的实现问题，因此是本项目机构设计的核心问题，其基本元件和结构方式必须首先确定下来才能展开以此为核心的机构设计和机加工工作。要使机器人能够平稳的行走，首先要设计好机械结构。我们选用了3个舵机作为机器人腿的3个关键，因为舵机的理论旋转角度是