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多足仿生机器人的设计与实现

来源:教学设计 时间:2022-03-23 09:38:00 点击: 推荐访问: 机器人 设计 设计人员

  中图分类号:G623.58 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2019)13-0213-01
  1 引言
  世界上很多国家与地区都致力于多足仿生机器人的研发与制造,仿生机器人是基于对生物运动状态与生理结构的一种模拟,是运用机械结构完成类似生物的动作的机器人,而多足仿生机器人主要是通过PC机的精度控制,利用多足仿生机构来使机器人进行动态移动的系统。这种机器人能够在各种情况的路面移动,这对于传统机器人行动的不足进行了改善,能够在多样化的环境下完成操作指令。本文主要是一种六足仿生机器人的设计与具体行动的研究,是通过Arduino 主控的18自由度的仿生机器人。
  2 多足仿生机器人概述
  多足仿生机器人主要是对生物体的一种状态模仿,能够对爬行生物进行仿真运动,这主要是对其生理结构等内容进行细致的探究而研发制造的。多足仿生机器人对于环境的影响程度特别小,这一点与传统的履带机器人是有差异的,但是是在路况不好的地方,在障碍物面前不如传统的机器人方便。主要的仿生原理是通过对昆虫运动的器官进行模拟,特别是昆虫的足(如图1),通过对基节、转节、腿节、胫节、跗节和前跗节等结构的模拟,来进行类似昆虫的运动步态。
  如图1昆虫的足。
  3 系统总体方案设计
  多足仿生机器人的控制系统为Arduino ,这是在对硬件32位ARM的集成处理器,从而对运动进行控制,使机器人可以正常的运行与发生东西,本次设计系统主要是基于三角步态下的模拟来对昆虫运动状态的仿真,这样的方法对各种环境的适应能力比较强,而且运动过程中的稳定性更佳,其主要特点就是智能的调整步态。该系统是通过控制手柄与蓝牙等共同进行的,已完成对机器人的控制。
  3.1 总控制
  本次系统的主控制器是Arduino,是硬件主控板之内对32位ARM和Arduino主控板ATMEGA 328进行集成处理,舵控制的32位ARM对该机器的动作进行控制,ATMEGA 328对环境信息进行处理,并接收以及发送数据以及指导机器人的具体动作,而机器人传感器是对环境数据的可知行接收。
  3.2 转向器
  转向器的硬件包括减速器、位置反馈电位器与壳体以及电机组成,其工作原理是主控制器的信号传输,而硬件电路板上的IC对旋转角度进行感知,电机开始运行,通过减速齿轮向转向机的方向盘输出动力,转向机的输出轴和位置反馈电位计有紧密的连接,当方向盘转动过程中,将驱动位置反馈电位计向控制电路板输出电压信号。
  转向机的输入信号是周期为19ms、脉冲宽度为的0.61 ms至3.01 ms,对应的舵角为0°至180°,具有相对规定的合理宽度被发送到转向机和转向机,不管外部怎么样的扭矩,输出轴将保持在相应的位置,转向器角度不变,这种状态会延续到另一个再次进入转向机脉宽调制信号的宽度,转向机将改变输出角度,并使其移动到新的角度。
  3.3 肢体
  SolidWorks软件首先绘制机器人的三维图形,制作机械结构,该系统中使用的肢体材料是铝合金,腿部结构被设计成使得每只脚具有由三个转向器控制的三个关节,多足仿生机器人的每只腿是3个自由度,六只腿是18个自由度。
  4 系统的搭建以及软硬件联调
  4.1 系统的搭建
  系统的整体结构用Solid Works软件绘制,然后相关文档被导出,输入雕刻机和铣床,以制作外部支撑结构和肢体零件,中后对示意图进行对照,转向机的32位ARM处理器集成在主控板上,在板铸造、粘贴、焊接和测试后,转向机、主控板和肢体组装在一起,肢体、转向机和主控制器组装好后,编写转向机动作组程序和传感器程序。
  4.2 主控板程序下载
  4.2.1 舵机动作组程序下载
  对合理的串行通信端口进行选择,对PC转向器软件下载进行操作,对动作组文件进行补充,其存储路径将显示在右侧的框,点击下载动作组按钮将动作组程序下载到舵机控制板的空间内。
  4.2.2 Arduino 程序下载
  配置Arduino IDE编译环境,即选择合理的串行通信端口和板载主型号。将图像信号模块上的引脚依次连接到主控板上的相应位置,并将USB端口插入计算机的USB接口,移除其他外部电源模块,USB直接向主控板供电,在Arduino IDE编译完代码后,立即按下复位键以显示存储容量,闪烁信号灯表示程序已完成。
  4.2.3 系统的软硬件联调
  连接硬件机械结构和电路,在PC的转向器动作组调试动作组,布置转向器形成与实际转向器位置相对应的布局。通过调整界面上每个转向器的角度来改变实际转向器具体位置,机器人可以执行相应的动作,编写传感器,将程序下载到主控板开始硬件以及软件调试。
  5 系统的整体测试以及性能的优化
  把已经在完成编写的脚本动作下载到总控制板,把电池与系统进行正确的联结,进行测试步态,并在过程中对其进行记录。对传感器与控制手柄进行测试,同时记录整个过程,最终有必要进行多次测试保证测试的准确程度。
  通过对转向器的布局,对其对应状态进行优化,然后在界面上对转向器的角度进行一一对应,调整动作。设计多个动作步骤,载入储存空间,多足仿生机器人可以进行动作。
  在进行多次实验与测试后,对其误差进行调整,不断优化步态指令,使最后正确的完成指令。
  6 结语
  该系统使用的是Arduino作为总控制,然后在集成32位ARM处理器对动作进行控制,通过三角步态对昆虫的运动状态进行仿真,能够在不同的环境下完成指令,并对环境的适应能力比较高,能够智能的调整具体步态,能够更快速的移动,又很大的自由空间,移动的准确性也比较高。
  参考文献
  [1]刘静,廖啸林,许子羽,林冲,戴嘉文.六足仿生机器人的设计与制作[J].机械研究与应用,2018,31(02):154-155+158.
  [2]王良文,穆亚林,岳磊,李洪鹏,王新杰,杜文辽.基于降维解法的具有脊柱的四足仿生机器人正运动学分析[J].机械传动,2017,41(11):39-44.
  [3]丁凯,宋光明,乔贵方,张颖,刘杰,宋爱国.具有3维力感知能力的多足仿生机器人足端机构设计[J].机器人,2016,38(01):75-81.
  [4]陈培华. 基于力控制模式的四足仿生机器人的动力学仿真[A]. 中国自动化学会智能自动化专业委员会.2013年中国智能自动化学术会议论文集(第三分册)[C].中国自动化学会智能自动化专业委员会:中国自动化学会智能自动化专业委员会,2013:5.
  [5]陈鑫. 基于几何模型的四足仿生机器人静态步行稳定性分析[A]. 中国自动化学会控制理论专业委员会(Technical Committee on Control Theory,Chinese Association of Automation)、中国系统工程学会(Systems Engineering Society of China).第三十一屆中国控制会议论文集C卷[C].中国自动化学会控制理论专业委员会(Technical Committee on Control Theory,Chinese Association of Automation)、中国系统工程学会(Systems Engineering Society of China):中国自动化学会控制理论专业委员会,2012:5.

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