仿人機器人相關知識大彙集

仿人機器人相關知識大彙集

    什麼是仿人機器人  模仿人的形態和行為而設計製造的機器人就是仿人機器人，一般分別或同時具有仿人的四肢和頭部。中國科技大學陳小平教授介紹，機器人一般根據不同應用需求被設計成不同形狀，如運用於工業的機械臂、輪椅機器人、步行機器人等。而仿人機器人研究集機械，電子，電腦，材料，感測器，控制技術等多門科學于一體，代表著一個國家的高科技發展水準。從機器人技術和人工智慧的研究現狀來看，要完全實現高智慧，高靈活性的仿人機器人還有很長的路要走，而且，人類對自身也沒有徹底地瞭解，這些都限制了仿人機器人的發展。

 基於ARM9的嵌入式仿人機器人感測器系統設計  感測器技術是仿人機器人研究的關鍵技術之一。仿人機器人之所以能在已知或未知的環境中完成一定的作業功能，是因為它能夠通過感測器感知外部環境資訊和自身狀態，獲得回饋資訊，實現系統的閉環控制。目前在仿人機器人中應用的感測器種類繁多，例如視覺感測器、電子羅盤、加速度計和超聲波感測器等都是仿人機器人中常用的感測器。  DF-1機器人是我院自主研製的一款仿人機器人。本文首先對DF-1機器人總系統進行了介紹，然後根據DF-1機器人需要實現的功能，設計DF-1機器人的感測器系統，然後實現感測器系統的具體工作電路，利用ARM9實現了感測器系統資訊的採集，最後對感測器系統的效果進行了試驗驗證。

1 .DF-1仿人機器人簡介  

DF-1機器人模仿人體外形結構，利用舵機結構實現人類關節的功能，如圖1所示。

DF-1身長45 cm，共設有17個自由度，具體分配為：踝關節2×2=4個自由度，膝關節2×1=2個自由度，胯關節2×2=4個自由度，肩關節2×2=4個自由度，肘關節2×1=2個自由度，頭部1個自由度。DF-1機器人內部採用ARM9微處理器，主要用來完成資訊的融合、決策和規劃等任務。DF-1機器人已經能夠實現的功能有步行、做俯臥撐、上樓梯、打太極拳，這些功能的實現是建立在：DF-1機器人具有良好機械結構基礎上的，通過人工調試，設定具體程式完成的。為提高機器人動作的穩定性，實現DF-1機器人的智慧控制，需要對機器人配置感測器系統，使機器人能夠感知自身狀態和外界環境。

2 感測器系統設計

    DF-1機器人的胸腔部位安裝了三個超聲感測器，分別用來測量機器人正前、左前和右前方向的障礙物。在該感測器系統中，採用了ARM9微處理器作為資訊的採集、資料預處理和通信單元。由於超聲波感測器存在多次反射問題，在超聲波相對應的位置安裝了三個紅外測距感測器用來解決這一問題。感測器系統獲取的資訊採用定長位元組格式通過RS 232介面傳送給上位機。感測器系統的基本結構如圖1所示。

2．1 加速度計感測器

    判定機器人姿態的感測器有陀螺儀和加速度計等感測器，由於陀螺成本較高，而DF-1機器人在運動變化上較為緩慢，故本文採用了成本較低的加速度計來感知機器人的姿態。加速度計是物體運動測試中的重要元件，它的輸出與物體的加速度成比例。感測器系統所採用加速度計的具體型號為AD公司生產的雙軸加速度計ADXL202。ADXL202具有兩種輸出，一種是從XFILT和YFILT引腳輸出類比信號；另一種是直接從XOUT和YOUT引腳輸出經調製後的DCM信號。在具體使用中，選用了加速度計的DCM信號輸出，這樣就可省去使用類比信號需要引入的A／D轉換環節，簡化了電路設計難度。

2．2 超聲感測器

    用來測距的感測器主要有紅外感測器、超聲波感測器、鐳射測距儀等，為了能在測量距離的同時判斷出物體的大致形狀，應設計成多感測器測距系統。考慮到機器人的安裝空間以及成本問題，主要選用了超聲波感測器進行距離的測量。

    超聲波感測器主要用來完成機器人到周圍障礙距離資訊的測量，超聲波在測距過程中存在多次反射問題，即超聲波遇到障礙物體時，沒有沿著原路返回發射接收點，而是經過多次反射後才返回發射接收點，這樣測量到的距離資訊不再真實，情況嚴重時會“丟失”目標。本文選用DEVANTECH公司生產的SFR05。SFR05的體積小，信號穩定，便於在機器人中安裝，而且SFR05的測量距離為1 cm～4 m，在最小測量距離上可認為該感測器不存在盲區。  

2．3 紅外感測器

    為了彌補超聲感測器在測距中多次反射的問題，在超聲波相對應的位置安裝了三個紅外測距感測器。當超聲波感測器測量的距離遠遠大於同方向上紅外感測器測量的距離時，可以據此推斷出超聲波已經進行了多次反射，並用紅外感測器測量的距離資訊來取代超聲波感測器的資訊。本文使用的紅外感測器為SHARP公司生產的GP2D12，可測距離為10～80 cm。GP2D12加上電源就可工作，輸出電壓為0．3～2.8 V。GP2D12感測器在測量距離時受外界光強度、物體外表反射率及物體顏色的影響較小。

3 軟體實現

    感測器系統資料獲取與處理單元採用ARM9微處理器，主要完成以下功能：實現對加速度計的控制和加速度的測量，並根據加速度值，計算機器人的傾角；實現對超聲波感測器的控制，完成距離資訊的計算；實現對紅外感測器的控制，完成距離資訊的獲取；對獲得的傾角、超聲波測距和紅外測距資料，按照規定的通信協議發送給上位機。

    程式首先要初始化，主要包括系統時鐘的選擇、管腳的分配、中斷優先順序、計時器時鐘和工作方式的選定等。在ARM9內部資源中，具有PCA計時器單元和A／D單元，這些方便了對本感測器系統的資料獲取。防止超聲波感測器之間發生串擾，對超聲波感測器採用輪流測量的方式。由於超聲波感測器的工作週期為50 ms，當工作時間少於50 ms時，超聲波感測器會誤認為下次測量發送超聲波產生的干擾為本次的回波，造成距離測量上的失真，而紅外感測器建立電壓的時間只需要5 ms，所以在程式設計上，利用計時器0產生50 ms延遲，依次對3對超聲波感測器和紅外感測器進行資料獲取。由於加速度感測器和紅外、超聲感測器之間是獨立的，而且數量只有一個，它的採集過程只依賴於PCA捕捉模組捕捉到的時刻，所以加速度計資訊的採集和預處理工作可貫穿於150 ms以內。在完成對感測器系統的資訊採集和預處理後，還要將獲取的資料發送給上位機，為上位機的決策提供必要的資料。

4 實驗驗證  

4．1 加表實驗

    由於當機器人傾斜的時候，重力加速度會在加速度兩軸上產生分量，這時加速度值為Ax=gsin α和Ay=gsinβ。在加速度計水準放置的時候，Ax=gsin α，由於條件的限制，很難使加速度計達到絕對水準。在α=0附近，sin α變化幅度大，這樣會影響標定效果，而在a=π／2附近，sin α變化幅度較小。為了得到較好的加速度計標定效果，採用了豎直標定的方法，即將PCB電路板用細線懸掛起來，分別得到g和-g時的值，通過計算就可得到加速度在0g時的值。由於ADXL202的輸出含有高斯白色雜訊，應用直接采來的資料會有較大的誤差，因而需要對採集來的資料進行處理後再加以應用。

    通過平均值濾波可降低雜訊的影響，假設Xi為直接採集來的資料，Yi為平均值濾波後的資料，Yi=(∑xi)／n，由概率論知識可知，EYi=EXi，DYi=DXi／n。從中可看出平均值濾波的效果與平均點數n有關，n越大，濾波效果越好。考慮到機器人的運動情況，可取n=15，即雜訊的方差變為原來的1／15。圖4是DF-1機器人在運動過程中獲取的傾斜角度值。其中L1表示了機器人的俯仰角度，L2表示了機器人的橫滾角度。

由於DF-1仿人機器人體型較小，運動較為緩慢，在障礙距離測量上，能夠對付2 m以內的障礙就可滿足應用要求。在2 m以內不同距離上放置平面障礙，利用超聲波和紅外感測器測量這些距離資訊，測得的距離與實際距離如表1所示。

參考文獻:

[1]. ADXL202 datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/ADXL202_125281.html.

基於CAN匯流排的仿人機器人力資訊檢測系統   隨著資訊檢測技術和控制技術的發展，仿人機器人運動控制已經從傳統的離線規劃方法研究轉向基於環境資訊的即時控制研究，仿人機器人的即時姿態調整與即時步態生成方法也成為運動控制的研究重點。

    對於步行機器人而言，其腳掌所受到的地面反力資訊是最重要的外部環境資訊之一，它尤其能夠反映仿人機器人的姿態資訊，在仿人機器人的即時姿態調整中具有重要作用。早在1989年，日本早稻田大學就在他們研製的兩足步行機器人WL-12RⅢ中應用了六維力/力矩感測器，該感測器安裝在機器人的小腿上，機器人可根據回饋力資訊在不平整地面上進行穩定行走；日本HONDA公司的仿人機器人P2，P3以及ASIMO均安裝了集成六維力/力矩感測器，利用感測器資訊檢測地面反力資訊。

    在國家863計畫支持下，國防科技大學機器人實驗室于2003年研製出一台新型仿人機器人；同時與合肥智慧機械研究所合作，在該機器人腳掌上安裝了可檢測地面反力資訊的集成五維力/力矩感測器。本文通過對仿人機器人運動控制系統結構和感測器電路結構的分析，提出了一種基於CAN匯流排的力資訊檢測系統；通過實驗表明，該力資訊檢測系統能夠滿足力資訊採集的基本要求，為其他外部環境資訊的採集建立了一定基礎。

    仿人機器人控制結構分析與外部傳感資訊採集結構，將仿人機器人控制系統的大開環變成大閉環對控制系統的上位電腦處理能力、上下位機與感測器資訊之間的傳輸通道結構以及感測器資訊採集與處理提出了挑戰。它要求上位電腦具備即時多工處理能力，控制系統具有便於擴展的多感測器資訊採集與處理通道。增加外部資訊感測器是控制結構改進的最基本條件。

    增加外部資訊感測器，首先要在現有控制系統硬體結構的基礎上，擴展外部資訊採集與處理模組，形成開放的分層資訊採集與處理結構。結構的底層節點由多個感測器資訊採集和預處理模組(包括解耦和濾波等)構成，得到的處理資訊通過合適的物理通道傳送到決策層電腦，形成一個從環境資訊到機器人動作序列產生的過程。

    選擇即時性強且易於擴展的物理通道，可以增強控制系統的外部傳感擴展能力。在仿人機器人運動控制系統中，上下位機之間通過PC/104匯流排和RS232串列匯流排交換資訊。當系統需要擴展外部感測器時，由於PC/104匯流排的有限驅動能力，通過PC/104匯流排只能擴展相當有限的外部資訊感測器且擴展不便(涉及到位址的重新分配等問題)；RS232串列匯流排不能滿足高速即時資訊傳輸與處理要求，因此考慮採用現場匯流排方式，如CAN匯流排，作為外部資訊傳輸通道，同時設計其與上位機的通信介面。理想資訊採集結構如圖1所示。

    圖1所示的資訊採集結構，具有較強的易擴展性和較高容錯性能。每一個外部資訊感測器都可以獨立設計；在整個資訊採集結構中，每個模組都是對等的，之間可以點對點通信；上位機可對各個感測器資訊處理模組的廣播，資訊處理模組的增減不會對整個資訊傳輸通道產生影響，有利於感測器及其處理模組的擴展和維護。另外，從底層通信協定角度而言，這種採集結構亦具有較高容錯性能。

    力/力矩感測器的電路結構及工作原理  五維力/力矩感測器的電路結構如圖2所示。感測器基本採集處理原理：當感測器受到外力或外力矩作用時，彈性體產生形變，導致全橋橋路中的應變片阻值發生改變，改變橋路輸出電壓；橋路輸出電壓通過前置濾波與放大進入SoC，通過A/D變換得到的數位信號通過CAN匯流排或

RS232傳輸到上位機。  

    力/力矩感測器與控制系統的電路介面設計方法:介面電路的基本功能，仿人機器人底層控制器與上位機介面採用PC/104匯流排方式，力/力矩感測器資訊傳輸採用CAN匯流排結構，因此需設計CAN匯流排與PC/104匯流排之間的介面，實現已有控制系統與感測器之間的通信及對力/力矩資訊的預處理。

    介面電路的硬體結構與基本設計原理:綜合考慮介面電路對主處理器的要求，如對力/力矩資訊的即時處理能力、外設擴展能力等，選用TMS320LF2407作為主處理器，通過對CAN匯流排和雙埠RAM的讀寫控制，實現力資訊的讀取、預處理和上傳。介面電路基本原理如圖4所示。選用TMS320LF2407作為主處理器。它採用即時信號處理體系結構，可達到30×106條指令/s的執行速度，供電電壓為3.3V，功耗低，片內外設中集成有控制器區域網路(CAN)2.0B模組和SCI模組。傳輸資料主要包括兩個力/力矩感測器的五維力資訊和經過預處理得到的資料，因此雙埠RAM選用IDT7132(2K×8bit)。一個埠接PC/104匯流排的資料線、低位元位址線、高位位址解碼產生的選通信號以及讀寫信號，解碼通過MAX7032，根據上位機的空閒位址分配RAM位址；另一個埠接經過電平轉換的DSP資料線低位元位址線、高位位址解碼產生的選通信號以及讀寫信號，通過SN74LV08A解碼，分配的位址為F800～FFFF，通過SN74LV245A完成匯流排驅動和電平轉換。

    選取PCA82C250T作為驅動CAN控制器和物理匯流排間的介面，提供對匯流排的差動發送和接收功能。同時利用DSP的SCI模組擴展了一路RS232串口，選用3.3V供電的RS232驅動器MAX3320作為串口驅動器，與PC機進行通信。

    介面電路的軟體流程:介面電路驅動程式中，首先對DSP進行初始化設置，包括計時器初始化和CAN模組初始化以及在IDT7132中設置平滑資料佇列等；然後向發送郵箱中寫入0或1，即對感測器清零或者請求發送資料；接收到資料之後，將資料從接收郵箱中讀入平滑資料佇列中，進行平滑資料處理，供上位機查詢和讀取。

    在DSP的初始化設置中，首先通過設置MCR寄存器來配置CAN引腳；初始化位計時器主要是設置寄存器BCR1和BCR2，決定CAN控制器的通信串列傳輸速率、同步跳轉寬度、採樣次數和重同步方式。對郵箱的初始化主要是設置郵箱的識別字；對發送的資料區賦初值，需要清零感測器返回值時，資料區賦值0，需要讀取資料時，資料區賦值1。發送資訊首先要使能發送郵箱，然後設置發送請求位元，等待發送中斷標誌位置位元，若為1，則發送成功，最後清除發送中斷標誌位元和發送應答位元。接受資訊時，要對接收郵箱進行初始化，設置識別字以及與識別字相關的局部遮罩寄存器(LAM)；然後等待接收中斷標誌位元MIFn置位元，若MIFn=1則接收成功，最後清除接收中斷標誌位元和接收資訊懸掛位元。接收資料後，根據感測器解耦矩陣完成資料解耦及平滑濾波。

    根據文中提出的設計方法，已設計相應的電路，實現了對力資訊的即時採集和傳送。所設計的系統能夠完成力資訊採集和平滑預處理工作，但還沒有加入對力資訊的數位濾波設計。通過對所採集的力資訊資料的特性分析，下一步將在軟體流程中增加數位濾波部分，使獲取的力資訊能夠更加真實地反映機器人所受到的地面反力資訊，使力資訊能夠應用于仿人機器人的大回路控制。

基於CAN匯流排和雙感測器仿人機器人運動控制系統研究 

    機器人研究是自動化領域最複雜。最具挑戰性的課題，它集機械。電子。電腦。材料。感測器。控制技術等多門學科於一體，是多學科高技術成果的集中體現。而仿人步行機器人技術的研究更是處於機器人課題研究的前沿，它在一定程度上代表了一個國家的高科技發展水準。運動控制系統是機器人控制技術的核心，也是機器人研究領域的關鍵技術之一，在機器人控制中具有舉足輕重的地位，因此，各研究機構都把對機器人運動控制系統的研究作為首要任務。

    我們以國防科技大學機電工程與自動化學院機器人教研室最新研製的新一代仿人步行機器人為研究物件(其外形如圖1所示)。

該機器人高約1.55m,重約65kg,使用電池供電，無需外接電源和控制信號線，可以實現無纜行走，還可以完成人的腿部。手部和頭部的一些基本動作，已經初步具備了人類的外形特徵。這台新型仿人機器人一共具有36個自由度(如圖2所示)

其中上肢12個，下肢12個，頭部2個，手部10個；下肢各個關節有位置感測器，足部有多維力/力矩感測器；具有視覺傳感。語音控制系統以及無線遙控模組；整個控制系統。電源集成在機器人本體上。為了使之真正具有“仿人”的特點，控制系統必須能夠完成包括運動控制與規劃。視覺感知處理。語音辨識和其它環境感知在內的多種功能。其中，運動控制是整個控制系統的關鍵，它必須能夠滿足以下要求：

(1)系統集成度高。體積孝重量輕。功率大。效率高和機載化。

(2)各個模組之間的連接簡潔，便於安裝和維護。

(3)控制器應具有良好的動態回應和跟隨特性，穩態誤差和靜態誤差校

(4)系統集成在機器人本體上，電磁干擾較強，必須具有較強的抗干擾能力。

三。動控制系統設計

    種基於CAN現場匯流排的新型控制結構。整個控制系統採用集中管理分散控制的方式，按照控制系統的結構和功能劃分為三層：組織層。協調層。執行層。其中，組織層由機器人本體外的一台工作站組成，主要負責實現人機交互。無線通訊。語音。視覺以及巨集指令生成等功能，屬於智慧控制範疇，本文不做深入探討；協調層和執行層都集成在機器人本體上，完成具體的控制任務，屬於物理控制範疇，是我們通常意義上的控制系統，其具體結構如圖3所示。

1.主控電腦模組主控電腦要求體積孝運算速度快，通常採用小板工業控制電腦，同時配備液晶顯示器和自製專用功能鍵盤，主要完成線上運動規劃。動作級運動控制。語音交互控制。視覺導引控制以及人機交互等功能。它接受本地感測器的資訊，根據一定的控制演算法和任務要求，即時生成關節軸系的任務規劃資料並通過資料傳輸匯流排送至各底層運動控制器。

 2.通信模組，主控電腦和各控制器之間採用CAN匯流排進行通信。CAN(Controller Area Network)匯流排是應用最為廣泛的一種現場匯流排，也是目前為止唯一有國際標準的現場匯流排。相對於一般通信匯流排，它的資料通信具有突出的可靠性。即時性和靈活性。其特點主要有：

(1)CAN匯流排為多主方式，網路上任一節點均可在任意時刻向其它節點發送資料。

(2)CAN匯流排上的節點可以通過識別字分成不同的優先順序，滿足不同的即時要求。

(3)CAN匯流排採用非破壞的匯流排仲裁技術，低優先順序節點不影響高優先順序節點的發送。

(4)CAN匯流排節點在40m內通信速率最高可達1MBPS。

(5)CAN匯流排上的節點數在標準框架格式下可達到110個，擴展框架格式下幾乎不受限制。

(6)報文采用短框架格式，傳輸時間短，出錯率極低。

主控電腦每秒鐘向底層控制器發送200組資料，底層控制器向主控電腦回饋同樣數目的資料，而CAN匯流排的最大通信速率可以達到幾千幀/秒，完全可以滿足控制的要求。

    控制下肢的閉環DSP控制器是整個控制系統的核心部分，承擔著整個機器人的負載重量，輸出功率大，對控制的精度要求也高，因此它的性能直接關係到機器人運動的實現。我們專門為之設計了基於雙位置感測器的閉環DSP控制器，其結構如圖4所示。

    該控制器直接安裝在仿人機器人的體內，每個控制器可以同時控制6個關節軸系，整個下肢只需要兩個控制器就可以實現其運動控制。

    我們在充分吸收當今相關學科高技術成果的基礎上，設計出一套速度快。穩定性強。集成度高。結構靈活。使用方便的仿人機器人運動控制系統。整個運動控制系統可直接嵌入到機器人本體內，以便在實際運行中圓滿地完成規定的控制任務。同時，該控制系統還有很強的擴展功能，可以方便地移植到其它類似的控制機構中去，是一種多功能通用型控制系統，具有廣闊的應用前景。(來源：電子發燒友）

仿人型機器人控制系統設計的幾個問題 

1 引言

    仿人型機器人由於具有類人的基本外形,在實際的生活中,能夠代替人完成很多工作,因此對仿人型機器人的研究具有實用價值,各國都在投入巨大的人力物力進行研發。仿人型機器人具有多自由度的機械結構要求,因此需要對機器人的各個關節通過電機來完成轉動動作。這對於電機驅動控制提出了很高的性能要求。本文提出了一種基於STM32單片機的仿人型機器人控制系統方案,可以同時對機器人關節所需的16路舵機進行驅動控制。

    本控制系統的硬體部分共分為5個模組,其硬體系統模組圖如圖1所示。

     主控制器採用STM32F103xB增強型系列單片機,該系列單片機使用了高性能的ARM CortexTM-M3 32位的RISC內核,工作頻率為72MHz,內置高速記憶體(128K位元組的快閃記憶體和20K位元組的SRAM),增強型I/O埠[2]。這些性能使得STM32F103系列微控制器非常適合應用於小型仿人型機器人的控制系統。由於仿人型機器人的體型限定,因此我們在設計舵機控制板時採用了STM32F103系列的小型貼片封裝型號STM32F103CBT6。以得到體積較小的舵機控制電路板,如圖2所示。 

     為了實現對多自由度複雜結構的仿人型機器人進行動作控制,需要較多控制路數的舵機控制板。由於舵機的角度控制是採用PWM波形輸出,當單片機IO口的輸出脈衝寬度變化時,舵機舵盤角度發生改變,如圖3所示[3]

因此在舵機控制板電路設計中,充分利用了STM32單片機的IO口數量多且具有PWM輸出的技術優勢[4]。共設計了16路舵機控制口,可以保證16個機器人關節同時動作。舵機驅動IO介面分佈在PCB板的兩側,便於插拔。

    在舵機的控制中,有一個容易出現的問題就是舵機抖舵問題。這種問題一般發生在採用普通電池做為機器人系統的主電源的情況下,如採用多節AA型鎳鎘或鎳氫電池串聯組成機器人供電主電源。原因是這些電池由於容量和放電能力的局限,無法在其額定電壓下提供長時間穩定持續的大電流。在仿人型機器人的多路舵機同時工作時,採用普通電源輸出的電壓會迅速降低,從而導致舵機的供電不足,最終出現舵盤異常抖動,造成機器人在執行動作時的抖舵現象。 因此我們設計的仿人型機器人控制電路中採用了型號為格氏25C放電倍率,容量為2200mAh,額定電壓為11.1V的鋰聚合物航模電池作為主電源。分為5V控制信號電源和6V舵機驅動電源,如圖4所示。

    為了保證多路舵機同時工作時所需要的大電流,利用鋰聚合物電池具有很強的持續放電能力,選用了型號為120W 12A大功率降壓模組[5],將機器人的供電電源穩壓在+6V,放電電流峰值為12A,如圖5所示。

    利用光電耦合器隔離單片機IO口控制信號和舵機驅動信號,提高控制信號的抗干擾能力。舵機的IO口電路設計原理圖如圖6所示。這樣解決了多路舵機由於同時工作時,電源電源被拉低引起的舵盤異常抖動問題。舵機控制板在初始上電時,所有IO口會同時通入無序的PWM信號,造成瞬間出現巨大的電流消耗。經實驗測得舵機控制板上電時,單個IO口的峰值電流可以達到1.5A以上。因此在16個舵機同時初始上電通入PWM信號時,其總電流將達到24A以上,這就大大超出了大容量直流降壓模組的極限供電電流,導致電源電路進入過流保護,整個舵機控制電路將無法進入正常的工作狀態。為了解決這個問題,我們在STM32單片機上電初始化時,首先只讓IO口1和2輸出PWM信號,然後同時再讓IO口3和4輸出初始化PWM信號,以此順序最後讓IO口15和16輸出PWM信號。這樣就保證IO口初始化時,最多只有兩路PWM信號同時通入。在機器人正常動作時,同時動作的舵機數量不超過6個,即6個IO同時輸出的峰值電流為9A,低於大功率降壓模組的最大輸出電流12A,因此整個電路在工作期間的極限電流均小於12A。最終達到了舵機控制板穩定工作的硬體要求。

正常模式:機器人上電即開始執行調試完畢的全套程式動作。為了實行軟體控制,採用了多工模組的定時輪換機制[6]。共建立了3個模組任務:任務0用來解析送入該任務的軟體代碼值到PWM輸出的轉換。任務1用來調用每套動作編碼,連續的將得到的軟體值發送給任務0。任務2為串口處理任務,通過分析串口發來的資料進行模式的轉換和回應。其程式流程圖如圖8所示。

4  系統調試效果

    設計該仿人型機器人的走步步態時,主要考慮了機器人的自重為2.53Kg,身高為42cm,因此機器人的腳和手臂的舵機輸出幅度不能太大,否則會導致機器人走步時的重心偏移太大,造成機器人翻倒。因此在設計機器人的腳掌時,適當增大了與地面的接觸面積,腳掌的尺寸為8.5×15cm,同時加快了腳步移動的頻率,並在腳部增加了額外的配重,以增強機器人在走步過程中的穩定性,其走步的步態如圖9所示。該型機器人的走步步態協調一致,在2012年中國機器人大賽仿人競速比賽專案中獲得二等獎。

    文中基於STM32微控制器的仿人型機器人控制系統,能夠靈活地控制16路大扭力舵機,通過大功率降壓電源模組,可以得到16路舵機同時動作時所需要的直流電壓,實現了仿人型機器人的走步動作,可作為高校學生進行機器人技術創新時的參考。