资源描述
- 教育精选六足仿生机器人人们对机器人的幻想与追求已有 3000多年的历史, 人 类希望制造一种像人一样的机器,以便代替人们完成各种工 作。 1959年,第一台工业机器人在美国诞生,近几十年,各 种用途的机器人相继问世,使人类的许多梦想变为现实。随 着机器人工作环境和工作任务的复杂化,要求机器人具备有 更高的运动灵活性和特殊位置环境的适应性,机器人简单的 轮子和履带的移动机构已不能适应多变复杂的环境要求。在 仿生技术、控制技术和制造技术不断发展的今天,各种各样 的仿生机器人相继被研制出来,仿生机器人已经成为机器人 家族重要的成员。仿生爬行机器人是一种基于仿生学原理研制开发的新 型足式机器人。与传统的轮式或者履带机器人相比,足式机 器人自由度多,可变性大、结构发杂、控制繁琐,但其在运 动特性方面具有独特的优点:首先是足式机器人具有较好的 机动性,对不平地面的适应能力十分突出,由于其立足点是 离散的,与地面的接触面积较小,因而可以在可能达到的地 面上选择最优支撑点,从而能够相对容易的通过松软地面以 及跨过比较大的障碍;其次是足式机器人的运动系统可以实 现主动隔振,允许机身运动轨迹与足轨迹解耦。尽管地面高 低不平,机身的运动仍可达到相对平稳。本课题主要研究的内容是一种六足仿生机器人的机械 机构部分的设计和分析,围绕六足仿生机器人的前沿技术, 主要仿生对象为蚂蚁,主要实现机器人前后左右移动,具有 良好的仿生特性,研究具有抗冲击性以及地形适应能力的仿 生机设计技术,六足仿生机器人系统模型;研究六足机器人 适应不同地形环境的能力。研制系统设计与仿真等核心单 元。研制高速、高负载力、对典型非结构化地形具有高适应 能力的六足仿生机器人,并开展系统结构、地形适应能力以 及对抗控制实验验证。本次设计的预期要达到的效果是可以 实现灵活进退和转向,跨越障碍物,通过洼地和台阶并且保 持平衡防止倾翻,能够实现实时避障,合理规划行走路线。1、技术方案一、机器人功能介绍:a)可实现前进后退转弯等基本动作,加装传感器后对小 障碍物越过、大障碍物绕开,具有遥控模式,可通过无线装 置无线控制。b)机器人机械机构:舵机在仿生机器人中的应用:舵机有体积紧凑,便于安 装,输出力矩大,稳定性好等优点。一个放上机器人,机器 人各个关节都有一定的自由度数,而每个舵机正是实现其中 一个个关节在一个自由度上的运动。二、机器人控制系统开发 机器人有主体结构和机械结构后,要想让他真正运动起 来以及实现预期的功能,必须要有控制系统。控制系统是机 器人的中枢神经,所以要想实现动作都要通过控制系统来控 制机器人的各个伺服电机做出相应的动作,而传感器测量到 的数据都要传输到控制系统进行处理。可以说一个机器人的 好坏很大程度上取决于控制系统和控制算法设计的好坏。三、开发工具开发工具采用 Arduino 是一种便捷灵活方便上手的开源 电子原型平台,包括硬件和软件。使用 Arduino 开发有很多 优势:开放源代码的电路图设计,程序开发接口免费下载, 也可以根据自己需求修改。使用低价格的微处理器控制器, 可以采用 USB 接口供电,不需要外接电源,可以使用外部 9VDC输入;Arduino支持ISP在线烧,可以将新的 bootloader 固件烧录 AVR 芯片;有了 bootloader 之后,可以通过串口或 者USB to Rs232线更新固件;支持多种互动程序。四、控制系统原理设计1、系统控制对象为:伺服电机、电机控制器。他们的 控制关系为递进关系。首先系统软件控制串口发送控制字节 到伺服电机控制器, 伺服电机控制器发出 pwm 信号到伺服电 机,伺服电机根据驱动信号运转相应的角度。2、为了实现六足机器人的避障功能,必须要有传感器 来感知障碍物的距离。如超声波传感器,红外传感器。传感 器通过模拟接口将数据发送到控制板中,控制芯片对信号进 行处理从而做出相应的反应, 并将动作信号通过 pwm 接口传 输到电机控制板中。通讯功能要采用专门的通讯模块来实现 WiFi ,GSM 等。参考文献1 张涛 颜国正 刘华 新型微型六足机器人的运动原理及控制程序J计算工程,2006, 32 (23) 241 243, 246.2 王倩 陈甫 臧希 ? 等新型六足机器人机构与控制系统设计J.机械设计与制造,2008, 205 ( 3) 148150.3 杨若霁 陈锋 六足步行机器人腿机构传动系统设计与仿真J.组合机床与自动化加工技术,2012 ( 3) 89-93.4 姜树海 孙培 等 仿生甲虫六足机器人结构设计与步态分析J.南京林业大学学报,2012 36 (6)115-120.5 郭少晶 韩宝玲 罗庆生 六足仿生步行机器人系统节能技术的研究J机械与电子,2007第四期90-93.第一作者:姓名:汪航超,性别:男,出生日期: 1 995 . 2 . 1 0, 院系:郑州大学 电气工程。第二作者:姓名:李凯乐,性别:男,出生日期:19910608, 院系:郑州大学 信息工程学院。第三作者:姓名:李益涵,性别:男,出生日期: 1996 年 1 月 10日,院系:郑州大学 化工与能源学院。可编辑
展开阅读全文