拟人机器人运动设计及制作 - 图文(9)

第4章 机器人的制作

图4-1 单片机外围接口

单片机ATmega16作为机器人的控制核心,主要完成以下功能: 生成舵机控制所需的PWM信号,控制机器人各关节运动；

通过PWM方式控制直流电机运行,对电机速度进行反馈检测,通过PID算法计算出控制量；

（1）下载行走动作数据,或者从数据存储模块中读取动作数据,控制机器人行走；

（2）对机器人出现碰撞等突发情况进行处理,对电机转动情况进行电流检测,对过流等严重事故进行处理。

时钟、复位电路为单片机的正常工作提供了时间基准,并为单片机系统的可靠工作提供了保障。时钟电路采用8MHz有源晶振构成外部振荡器,将晶振的时钟信号输出经反相后与单片机片内振荡器的输入脚XTALI相连,将单片机片内振荡器的输出脚XTAL2作接地处理。复位电路采用上电自动复位和按钮手动复位相结合的形式,在单片机出现程序跑飞等非正常情况时,可以通过手动复位,使单片机回复正常。

4.3 电源模块

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东北电力大学本科毕业论文 电源模块的设计也是机器人控制系统硬件结构设计的一个很重要的内容。由于本机器人电机数目较多,多个电机同时工作,再加上控制系统中其他元器件的用电,因而所需电源的容量也较大,然而由于机器人几何尺寸的限制,电源的体积又不能过大,所以设计电源时,应该对电源容量、效能、体积等各方面因素综合考虑给予合理解决。

由于本机器人属于移动机器人,所以一般选择可充电的电池作为能源，电源的选择标准如下：(1)电池容量,电池容量应该足够提供整个机器人运动所需,至少能保证比赛时间内能源充足；(2)电压大小,由于电机的供电电压要求范围较宽,电池电压应该根据所选择的电机型号而定；(3)电池内阻,电池的内阻应该尽可能小,以减少功耗；(4)充电重用率,为降低成本应使用充电次数较大的可充电电池。

基于以上考虑,在设计时,整个机器人采用可充电电池组供电且整个控制系统由一组电源供电,为了适应不同模块对电压的要求,适当加入了电压转换、稳压电路[。

4.4舵机的控制方法

标准的舵机有3条导线，分别是：电源线、地线、控制线。

电的输入是一个宽度可调的周期性方波脉冲信号，方波脉冲信号的周期为20 ms(即频率为50 Hz)。当方波的脉冲宽度改变时，舵机转轴的角度源线和地线用于提供舵机内部的直流电机和控制线路所需的能源．电压通常介于`，一般取5V。注意，给舵机供电电源应能提供足够的功率。控制线发生改变，角度变化与脉冲宽度的变化成正比。

4.5 单片机端软件设计

单片机程序主要实现读取并处理动作数据、为电机提供控制信号、响应外部中断、读取反馈速度值等功能。

整个单片机端程序采用模块化结构设计,从总体上分为初始化和运行两大模块。采用这种模块化的结构,其结构清晰明了,并且有利于程序的调试、修改和级。

初始化模块即主程序,主要执行系统硬件的状态初始化,只在整个程序上电运行时执行一次,可细分为Atmega16通用寄存器初始化、定时器初始化、串口初始化、外部中断初始化、C总线初始化、8255初始化、动作和变量初始化等

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第4章 机器人的制作 几个子程序。而运行模块主要用于接收上位机指令和动作数据、控制电机转动,它是一个循环结构,根据动作的时间来决定运行次数,主要由定时器中断服务子程序、串行通信子程序、C总线数据读取子程序、外部中断服务子程序、速度PID算法子程序组成。整个软件结构如图4-2所示。

初始化模块 运行模块

ATmega16通用寄存器初始化 定时器中断服务子定时器初始化 程序 串口初始化 串行通讯子程序 外部中断初始化 外部中断服务 C总线初始化 C总线数据读取子程序 动作和变量初始化 图4-2单片机软件总体构成

4.6 本章小结

1、本章介绍了本论文所用的实体双足步行机器人的材料选择。 2、舵机的控制方法

3、单片机外围接口的设置

4、简要给出了进行双足步行机器人的软件设计

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东北电力大学本科毕业论文

结 论

从制作出的拟人机器人可以看出，此次设计的拟人机器人可以达到平稳行走的目的，本次设计已完成了主要要求。通过拟人机器人运动设计与制作，为其以后在实际科研、制造产品中提供了经验。

在机器人的制作过程中，几乎所有的东西从头来过，从方案论证到具体实施，经验是我们本科生最稀缺的资源。有些设计上，所以采取了降低了理论高度，采取简单易行的方案，量体裁衣来实现任务。很多现实的问题也阻碍了设计的难度提高。比如电机性能与价格是成正比的，考虑到成本问题，只能选择性价比适中的电机，并且加辅助调速的光码盘来提高走路的精度。由于是实物设计，所以我在设计的过程中考虑最多的是实际制造的问题，因此在设计理念上受到了诸多的限制。同时自身的知识和经验储备不足，无法将自己的设计理念完全体现在实物上。但是正是这些诸多的因素是我懂得了，作为一名设计者如何去做设计，如何来实现设计要求。

由于时间仓促和作者的知识水平有限，论文中的错误和不足在所难免，希望各位老师批评指正。

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参考文献 致 谢

本人在校其间，得到了陈向伟老师的画龙点睛式的指导。陈老师治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄阔，为我营造了一种良好的精神氛围。授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，树立了宏伟的学术目标，领会了基本的思考方式，掌握了通用的研究方法，而且还明白了许多待人接物与为人处世的道理。在此设计制作过程中，得到了老师，使我在设计过程中开阔了思路，少走了许多不必要的弯路。在零件加工过程中，陈老师也给予了热情的帮助，在仪器设备上提供了最大程度的支持。在此，对我的指导老师和关怀表示感谢和敬意。

老师他严谨的学风、渊博的知识和执著的敬业精神对我产生了深刻的影响，并让我受益终身。每当我在关键问题上遇到困难时，他总是给我具体的指导和热情的鼓励，于是所有的困难随之迎刃而解。从陈教授那里学来的乐观豁达的人生态度、活跃创新的学术思维、高效执著的工作作风，将是我今后人生中取之不尽、用之不竭的财富。

这次论文虽然我是个人一组，但是仍然要感谢我身边的同学们，在遇到瓶颈时他们也给予了我热心的帮助和支持。感谢所有参加机器人大赛的同学在合作的过程中给我信心和勇气，使我跨过一道道难关，顺利完成了这个设计任务。感谢这么多年来教育我的老师们，是他们的谆谆教导使我有机会用自己的学识来展示我的实力和智慧，使我对走向工作岗位的能力更有信心。同时提醒我们毕业后应该认认真真的做好每一件事，并且要学会找资料，学会学习，学会思考！这样我们才会不断的进步，不断地得到提升！

由于时间仓促和作者的知识水平有限，论文中的错误和不足在所难免，希望各位老师批评指正。

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