機(jī)器人課程設(shè)計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1 機(jī)器人簡介1</p><p>　　1.1.1機(jī)器人的定義：1</p><p>　　1.1.2能力評價標(biāo)準(zhǔn)2</p><p>　　1.1.3機(jī)器人

2、的組成2</p><p>　　1.1.4機(jī)器人的發(fā)展史3</p><p>　　1.1.5機(jī)器人分類5</p><p>　　1.2 課程設(shè)計目的及要求5</p><p>　　第二章：硬件設(shè)計。6</p><p>　　2.1 雙足機(jī)器人設(shè)計規(guī)劃6</p><p>　　2.2 機(jī)器人的步

3、態(tài)規(guī)劃6</p><p>　　2.3 機(jī)構(gòu)的設(shè)計6</p><p>　　2.4 機(jī)器人驅(qū)動元件的選擇7</p><p>　　2.5 MultiFLEX2-AVE控制器8</p><p>　　2.5.1 功能概述8</p><p>　　2.6 光強(qiáng)傳感器9</p><p>　

4、　2.7 舵機(jī)9</p><p>　　第三章：軟件設(shè)計。11</p><p>　　3.1 設(shè)計程序流程圖11</p><p>　　3.2 步態(tài)分析12</p><p>　　3.3 具體實驗行動步驟規(guī)劃14</p><p>　　3.4 具體程序14</p><p>　　第四章：設(shè)

5、計總結(jié)（心得體會）。23</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)24</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 機(jī)器人簡介</b></p><p>　　1.1.1機(jī)器人的定義</p><p>　　機(jī)器

6、人（Robot）是靠自身動力和控制能力自動執(zhí)行工作的一種機(jī)器裝置。聯(lián)合國標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國機(jī)器人協(xié)會給機(jī)器人下的定義：“一種可編程和多功能的，用來搬運材料、零件、工具的操作機(jī)；或是為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可改變和可編程動作的專門系統(tǒng)。” 它既可以接受人類指揮，又可以運行預(yù)先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動。它的任務(wù)是協(xié)助或取代人類工作的工作，例如生產(chǎn)業(yè)、建筑業(yè)，或是危險的工作。</p><p&

7、gt;　　機(jī)器人是高級整合控制論、機(jī)械電子、計算機(jī)、材料和仿生學(xué)的產(chǎn)物。在工業(yè) 、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)甚至軍事等領(lǐng)域中均有重要用途。 它一門綜合性很強(qiáng)的學(xué)科，有著極其廣泛的研究和應(yīng)用領(lǐng)域。機(jī)器人技術(shù)是綜合計算機(jī)技術(shù)、信息融合技術(shù)、機(jī)構(gòu)學(xué)、傳感技術(shù)、仿生科學(xué)以及人工智能等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，它不僅涉及到線性、非線性、基于多種傳感器。</p><p>　　仿人形機(jī)器人是機(jī)器人技術(shù)中的一個重要研究課題，而雙足機(jī)器人是

8、仿人形機(jī)器人研究的前奏。步行技術(shù)是人與大多數(shù)動物所具有的移動方式，是一種高度自動化的運動，雙足步行系統(tǒng)具有非常復(fù)雜的動力學(xué)特性，具有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性。相對輪式、履帶式機(jī)器人，它具有無可比擬的優(yōu)越性，可進(jìn)入狹窄的作業(yè)空間，也可跨越障礙、上下臺階、斜坡及在不平整的地面上工作，以及護(hù)理老人、康復(fù)醫(yī)學(xué)和一般家庭的家政服務(wù)。另一方面，由于雙足機(jī)器人具有多關(guān)節(jié)、多驅(qū)動器和多傳感器的特點，而且一般都具有冗余的自由度，這些特點對其控制問題帶來很大難度，

9、為各種控制和優(yōu)化方法提供理想的實驗平臺，使其成為一個令人矚目的研究方向，因此對雙足步行機(jī)器人行走規(guī)劃機(jī)器控制的研究不僅具有很高的學(xué)術(shù)價值，而且具有一定的現(xiàn)實意義。 </p><p>　　1.1.2機(jī)器人的發(fā)展史</p><p>　　機(jī)器人技術(shù)作為20世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明之一，自60年代初問世以來，經(jīng)歷40余年的發(fā)展已取得長足的進(jìn)步。走向成熟的工業(yè)機(jī)器人，各種用途的特種機(jī)器人的實用化，昭示著

10、機(jī)器人技術(shù)燦爛的明天。</p><p>　　機(jī)器人大致經(jīng)歷了三個成長階段，也即三個時代：第一代為簡單個體機(jī)器人，第二代為群體勞動機(jī)器人，第三代為類似人類的智能機(jī)器人，它的未來發(fā)展方向是有知覺、有思維、能與人對話。</p><p>　　第一代機(jī)器人屬于示教再現(xiàn)型，第二代則具備了感覺能力，第三代機(jī)器人是智能機(jī)器人，它不僅具備了感覺能力，而且還具有獨立判斷和行動的能力，并具有記憶、推理和決策的能

11、力，因而能夠完成更加復(fù)雜的動作。智能機(jī)器人在發(fā)生故障時，通過自我診斷裝置能自我診斷出發(fā)生故障部位，并能自我修復(fù)。今天，智能機(jī)器人的應(yīng)用范圍大大地擴(kuò)展了。除工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)外，機(jī)器人已應(yīng)用到各行各業(yè)，并已初步具備了人類的特點。機(jī)器人向著智能化、擬人化發(fā)展的道路，是沒有止境的。</p><p>　　從第一臺機(jī)器人誕生至今，機(jī)器人的制造和發(fā)展已走過了半個多世紀(jì)的歷程，全球工業(yè)機(jī)器人的裝機(jī)量已超過百萬臺，形成了一個巨大的機(jī)器人

12、產(chǎn)業(yè)。同時，非制造業(yè)用機(jī)器人近幾年也發(fā)展迅速，并逐步向?qū)嵱没l(fā)展。機(jī)器人的制造水平、控制速度和控制精度、可靠性等不斷提高，而機(jī)器人的制造成本和價格卻不斷下降。機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的潛力非常巨大，值得強(qiáng)調(diào)的是，“機(jī)器人產(chǎn)業(yè)”應(yīng)該是“機(jī)器人技術(shù)”產(chǎn)業(yè)，或者叫機(jī)器人產(chǎn)業(yè)。正如IT產(chǎn)業(yè)不僅限于PC一樣，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)也包括所有與機(jī)器人技術(shù)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)，在產(chǎn)業(yè)化大背景的驅(qū)動下，不久以后，未來機(jī)器人的發(fā)展水平將會得到飛躍性的提升。</p><p

13、>　　1.1.3機(jī)器人的組成</p><p>　　機(jī)器人一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動裝置、檢測裝置和控制系統(tǒng)和復(fù)雜機(jī)械等組成。 </p><p>　　執(zhí)行機(jī)構(gòu)即機(jī)器人本體，其臂部一般采用空間開鏈連桿機(jī)構(gòu)，其中的運動副（轉(zhuǎn)動副或移動副）常稱為關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)個數(shù)通常即為機(jī)器人的自由度數(shù)。根據(jù)關(guān)節(jié)配置型式和運動坐標(biāo)形式的不同，機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)可分為直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式、極坐標(biāo)式和關(guān)節(jié)坐標(biāo)式等類型。出于

14、擬人化的考慮，常將機(jī)器人本體的有關(guān)部位分別稱為基座、腰部、臂部、腕部、手部（夾持器或末端執(zhí)行器）和行走部（對于移動機(jī)器人）等。 </p><p>　　驅(qū)動裝置是驅(qū)使執(zhí)行機(jī)構(gòu)運動的機(jī)構(gòu)，按照控制系統(tǒng)發(fā)出的指令信號，借助于動力元件使機(jī)器人進(jìn)行動作。它輸入的是電信號，輸出的是線、角位移量。機(jī)器人使用的驅(qū)動裝置主要是電力驅(qū)動裝置，如步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)等，此外也有采用液壓、氣動等驅(qū)動裝置。 </p><

15、p>　　檢測裝置的作用是實時檢測機(jī)器人的運動及工作情況，根據(jù)需要反饋給控制系統(tǒng)，與設(shè)定信息進(jìn)行比較后，對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，以保證機(jī)器人的動作符合預(yù)定的要求。作為檢測裝置的傳感器大致可以分為兩類：一類是內(nèi)部信息傳感器，用于檢測機(jī)器人各部分的內(nèi)部狀況，如各關(guān)節(jié)的位置、速度、加速度等，并將所測得的信息作為反饋信號送至控制器，形成閉環(huán)控制。用于獲取有關(guān)機(jī)器人的作業(yè)對象及外界環(huán)境等方面的信息，以使機(jī)器人的動作能適應(yīng)外界情況的變化，使之達(dá)到更

16、高層次的自動化，甚至使機(jī)器人具有某種“感覺”，向智能化發(fā)展，例如視覺、聲覺等外部傳感器給出工作對象、工作環(huán)境的有關(guān)信息，利用這些信息構(gòu)成一個大的反饋回路，從而將大大提高機(jī)器人的工作精度。 </p><p>　　控制系統(tǒng)有兩種方式。一種是集中式控制，即機(jī)器人的全部控制由一臺微型計算機(jī)完成。另一種是分散（級）式控制，即采用多臺微機(jī)來分擔(dān)機(jī)器人的控制，如當(dāng)采用上、下兩級微機(jī)共同完成機(jī)器人的控制時，主機(jī)常用于負(fù)責(zé)系統(tǒng)的管

17、理、通訊、運動學(xué)和動力學(xué)計算，并向下級微機(jī)發(fā)送指令信息；作為下級從機(jī)，各關(guān)節(jié)分別對應(yīng)一個CPU，進(jìn)行插補運算和伺服控制處理，實現(xiàn)給定的運動，并向主機(jī)反饋信息。根據(jù)作業(yè)任務(wù)要求的不同，機(jī)器人的控制方式又可分為點位控制、連續(xù)軌跡控制和力（力矩）控制。 </p><p>　　1.1.4機(jī)器人的發(fā)展史</p><p>　　1920年 捷克斯洛伐克作家卡雷爾·恰佩克在他的科幻小說《羅薩姆的

18、機(jī)器人萬能公司》中，根據(jù)Robota(捷克文，原意為“勞役、苦工”)和Robotnik(波蘭文，原意為“工人”)，創(chuàng)造出“機(jī)器人”這個詞。 </p><p>　　1939年 美國紐約世博會上展出了西屋電氣公司制造的家用機(jī)器人Elektro。它由電纜控制，可以行走，會說77個字，甚至可以抽煙，不過離真正干家務(wù)活還差得遠(yuǎn)。但它讓人們對家用機(jī)器人的憧憬變得更加具體。 </p><p>　　194

19、2年 美國科幻巨匠阿西莫夫提出“機(jī)器人三定律”。雖然這只是科幻小說里的創(chuàng)造，但后來成為學(xué)術(shù)界默認(rèn)的研發(fā)原則。 </p><p>　　1948年 諾伯特·維納出版《控制論》，闡述了機(jī)器中的通信和控制機(jī)能與人的神經(jīng)、感覺機(jī)能的共同規(guī)律，率先提出以計算機(jī)為核心的自動化工廠。 </p><p>　　1954年 美國人喬治·德沃爾制造出世界上第一臺可編程的機(jī)器人，并注冊了專利。這

20、種機(jī)械手能按照不同的程序從事不同的工作，因此具有通用性和靈活性。 </p><p>　　1956年 在達(dá)特茅斯會議上，馬文·明斯基提出了他對智能機(jī)器的看法：智能機(jī)器“能夠創(chuàng)建周圍環(huán)境的抽象模型，如果遇到問題，能夠從抽象模型中尋找解決方法”。這個定義影響到以后30年智能機(jī)器人的研究方向。 </p><p>　　1959年 德沃爾與美國發(fā)明家約瑟夫·英格伯格聯(lián)手制造出第一臺

21、工業(yè)機(jī)器人。隨后，成立了世界上第一家機(jī)器人制造工廠——Unimation公司。由于英格伯格對工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)和宣傳，他也被稱為“工業(yè)機(jī)器人之父”。 </p><p>　　1962年 美國AMF公司生產(chǎn)出“VERSTRAN”(意思是萬能搬運),與Unimation公司生產(chǎn)的Unimate一樣成為真正商業(yè)化的工業(yè)機(jī)器人，并出口到世界各國，掀起了全世界對機(jī)器人和機(jī)器人研究的熱潮。 </p><p&g

22、t;　　1962年-1963年傳感器的應(yīng)用提高了機(jī)器人的可操作性。人們試著在機(jī)器人上安裝各種各樣的傳感器，包括1961年恩斯特采用的觸覺傳感器，托莫維奇和博尼1962年在世界上最早的“靈巧手”上用到了壓力傳感器，而麥卡錫1963年則開始在機(jī)器人中加入視覺傳感系統(tǒng)，并在1964年，幫助MIT推出了世界上第一個帶有視覺傳感器，能識別并定位積木的機(jī)器人系統(tǒng)。 </p><p>　　1965年約翰·霍普金斯大學(xué)

23、應(yīng)用物理實驗室研制出Beast機(jī)器人。Beast已經(jīng)能通過聲納系統(tǒng)、光電管等裝置，根據(jù)環(huán)境校正自己的位置。20世紀(jì)60年代中期開始，美國麻省理工學(xué)院、斯坦福大學(xué)、英國愛丁堡大學(xué)等陸續(xù)成立了機(jī)器人實驗室。美國興起研究第二代帶傳感器、“有感覺”的機(jī)器人，并向人工智能進(jìn)發(fā)。 </p><p>　　1968年 美國斯坦福研究所公布他們研發(fā)成功的機(jī)器人Shakey。它帶有視覺傳感器，能根據(jù)人的指令發(fā)現(xiàn)并抓取積木,不過控制它

24、的計算機(jī)有一個房間那么大。Shakey可以算是世界第一臺智能機(jī)器人，拉開了第三代機(jī)器人研發(fā)的序幕。 </p><p>　　1969年 日本早稻田大學(xué)加藤一郎實驗室研發(fā)出第一臺以雙腳走路的機(jī)器人。加藤一郎長期致力于研究仿人機(jī)器人，被譽為“仿人機(jī)器人之父”。日本專家一向以研發(fā)仿人機(jī)器人和娛樂機(jī)器人的技術(shù)見長，后來更進(jìn)一步，催生出本田公司的ASIMO和索尼公司的QRIO。 </p><p>　　

25、1973年 世界上第一次機(jī)器人和小型計算機(jī)攜手合作，就誕生了美國Cincinnati Milacron公司的機(jī)器人T3。 </p><p>　　1978年 美國Unimation公司推出通用工業(yè)機(jī)器人PUMA，這標(biāo)志著工業(yè)機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)完全成熟。PUMA至今仍然工作在工廠第一線。 </p><p>　　1984年 英格伯格再推機(jī)器人Helpmate，這種機(jī)器人能在醫(yī)院里為病人送飯、送藥、送

26、郵件。同年，他還預(yù)言：“我要讓機(jī)器人擦地板，做飯，出去幫我洗車，檢查安全”。 </p><p>　　1990年 我國著名學(xué)者周海中教授在《論機(jī)器人》一文中預(yù)言：到二十一世紀(jì)中葉，納米機(jī)器人將徹底改變?nèi)祟惖膭趧雍蜕罘绞健！?</p><p>　　1998年 丹麥樂高公司推出機(jī)器人(Mind-storms)套件，讓機(jī)器人制造變得跟搭積木一樣，相對簡單又能任意拼裝，使機(jī)器人開始走入個人世界。

27、</p><p>　　1999年 日本索尼公司推出犬型機(jī)器人愛寶(AIBO)，當(dāng)即銷售一空，從此娛樂機(jī)器人成為目前機(jī)器人邁進(jìn)普通家庭的途徑之一。 </p><p>　　2002年 美國iRobot公司推出了吸塵器機(jī)器人Roomba，它能避開障礙，自動設(shè)計行進(jìn)路線，還能在電量不足時，自動駛向充電座。Roomba是目前世界上銷量最大、最商業(yè)化的家用機(jī)器人。iRobot公司北京區(qū)授權(quán)代理商：北京

28、微網(wǎng)智宏科技有限公司。 </p><p>　　2006年 6月，微軟公司推出Microsoft Robotics Studio，機(jī)器人模塊化、平臺統(tǒng)一化的趨勢越來越明顯，比爾·蓋茨預(yù)言，家用機(jī)器人很快將席卷全球。</p><p>　　1.1.5機(jī)器人分類</p><p>　　操作型機(jī)器人：能自動控制，可重復(fù)編程，多功能，有幾個自由度，可固定或運動，用于相關(guān)

29、自動化系統(tǒng)中。 </p><p>　　程控型機(jī)器人：按預(yù)先要求的順序及條件，依次控制機(jī)器人的機(jī)械動作。 </p><p>　　示教再現(xiàn)型機(jī)器人：通過引導(dǎo)或其它方式，先教會機(jī)器人動作，輸入工作程序，機(jī)器人則自動重復(fù)進(jìn)行作業(yè)。 </p><p>　　數(shù)控型機(jī)器人：不必使機(jī)器人動作，通過數(shù)值、語言等對機(jī)器人進(jìn)行示教，機(jī)器人根據(jù)示教后的信息進(jìn)行作業(yè)。 </p>

30、<p>　　感覺控制型機(jī)器人：利用傳感器獲取的信息控制機(jī)器人的動作。 </p><p>　　適應(yīng)控制型機(jī)器人：能適應(yīng)環(huán)境的變化，控制其自身的行動。 </p><p>　　學(xué)習(xí)控制型機(jī)器人：能“體會”工作的經(jīng)驗，具有一定的學(xué)習(xí)功能，并將所“學(xué)”的經(jīng)驗用于工作中。 </p><p>　　智能機(jī)器人：以人工智能決定其行動的機(jī)器人。</p><

31、;p>　　1.2 課程設(shè)計目的及要求</p><p>　　設(shè)計一個簡單的雙足機(jī)器人系統(tǒng)，該機(jī)器人能夠模仿人類行走方式邁步行進(jìn)，能感知光源，并能轉(zhuǎn)向光源，朝光源前進(jìn)；</p><p>　　1.進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，每個足要包括腕、膝、胯三個關(guān)節(jié)，畫出機(jī)器人的機(jī)構(gòu)運動簡圖；</p><p>　　2.進(jìn)行步態(tài)分析，并編寫前進(jìn)、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的步態(tài)流程；</p>&

32、lt;p>　　3.進(jìn)行傳感器種類及功能介紹，基于智能創(chuàng)新實驗室實驗套件選定傳感方案；</p><p><b>　　4.設(shè)計追光策略；</b></p><p>　　5.用NorthStar設(shè)計完整的雙足機(jī)器人追光程序；</p><p>　　6.完成課程設(shè)計說明書，內(nèi)容：方案設(shè)計、原理說明、策略分析、程序編制、注意事項、心得體會（報告用A4紙

33、，用設(shè)計模板提供的封面）。</p><p><b>　　第二章：硬件設(shè)計。</b></p><p>　　2.1 雙足機(jī)器人設(shè)計規(guī)劃</p><p>　　機(jī)器人系統(tǒng)是模仿人類等生物的結(jié)構(gòu)、思維而構(gòu)建的，所以我們也可以以我們自身為范本來設(shè)計機(jī)器人。人類躲避障礙物的一般流程是這樣的，首先用眼睛看到影響，再用腦思考是否需要躲避障礙物，然后大腦控制肌肉做

34、出動作，最后肌肉帶動骨骼完成回避動作。</p><p>　　對于機(jī)器人，上述存在于我們自身的結(jié)構(gòu)也可以用機(jī)械結(jié)構(gòu)近似的模擬出來。眼替代為傳感器，腦代替為控制器，肌肉代替為舵機(jī)，骨骼代替為結(jié)構(gòu)件。人類的思維在機(jī)器人上以軟件的形式模擬，將控制人類行為方式的邏輯思維用邏輯判斷算法模擬，將人類對肌肉的協(xié)調(diào)控制用機(jī)器人對舵機(jī)的協(xié)調(diào)控制進(jìn)行模擬。</p><p>　　2.2 機(jī)器人的步態(tài)規(guī)劃<

35、/p><p>　　目前雙足機(jī)器人的步態(tài)規(guī)劃一般采用兩種方法：一種是應(yīng)用數(shù)學(xué)手段通過建立機(jī)器人的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行規(guī)劃，另一種方法是模擬人的行走過程及人的生理結(jié)構(gòu)。該設(shè)計采用后者。人類步行運動是以一條腿交替地作為支撐，向前擺動另一條腿，并伴以軀干和手臂的運動而實現(xiàn)的。其過程和機(jī)理非常復(fù)雜。研究表明：雙足機(jī)器人在平穩(wěn)步行的條件下，能夠?qū)崿F(xiàn)上身軀和下肢的運動解耦，并易于對下身軀的各個關(guān)節(jié)角進(jìn)行角度規(guī)劃，因此可利用解耦控制分別控制

36、上身軀和下身軀的運動，并且對下身軀的各個關(guān)節(jié)角實施規(guī)劃。因此。分析和模擬人類的步行運動時，應(yīng)重點抓住下肢的主要動作特點和要領(lǐng)。</p><p>　　2.3 機(jī)構(gòu)的設(shè)計</p><p>　　控制器作為機(jī)器人的軀干，左右手臂用ID編號為7、8的舵機(jī)來驅(qū)動胳膊部位與肘關(guān)節(jié)的運動，其間省略了手部關(guān)節(jié)的運動，右手臂用ID編號為9、10的舵機(jī)來驅(qū)動胳膊部位與肘關(guān)節(jié)的運動。腿部分別用ID編號為1、2、

37、3的舵機(jī)作為左腿的腳踝、膝蓋、胯部得轉(zhuǎn)動電機(jī)。右腿的腳踝、膝蓋、胯部用ID編號為4、5、6的舵機(jī)。并用兩個光強(qiáng)傳感器作為機(jī)器人的“眼睛”，通過對1、2、3、4、5、6號舵機(jī)的設(shè)置，可以使機(jī)器人靈活的行走并且與光強(qiáng)傳感器相結(jié)合實現(xiàn)避障功能。另外在機(jī)器人的腰部加入12號舵機(jī)作為腰部轉(zhuǎn)身的關(guān)節(jié)電機(jī)，以實現(xiàn)機(jī)器人的左右轉(zhuǎn)向功能。</p><p>　　2.4 機(jī)器人驅(qū)動元件的選擇</p><p>

38、　　在驅(qū)動元件的選擇上，早期研究者曾試圖模仿人的肌肉運動方式用氣動人工肌肉作為雙足步行機(jī)的驅(qū)動元件，這種氣動人工肌肉通過橡膠管充氣膨脹引起的收縮來代替人體肌纖維的收縮運動，但由于技術(shù)水平的限制，人工肌肉在體積和力學(xué)特性等方面都與真正肌肉有較大差距，實際效果并不好。目前，大部分機(jī)器人采用伺服電機(jī)作為驅(qū)動元件。伺服電機(jī)電機(jī) </p><p>　　電機(jī)是利用電磁感應(yīng)定律使得電能實現(xiàn)轉(zhuǎn)換或傳遞的一種電磁裝置。它依靠轉(zhuǎn)動來

39、產(chǎn)生驅(qū)動扭矩，來作為電器及各種機(jī)械的動力源。 具有速度快、扭矩大的特點，并配備雙向接口，能夠監(jiān)測當(dāng)前電機(jī)位置，因此得到廣泛應(yīng)用，并取得良好效果。 </p><p>　　微型伺服電機(jī)內(nèi)部包括一個小型直流馬達(dá)、一組變速齒輪、一個反饋可調(diào)電位器及一塊電子控制板，是一種可定位的直流電機(jī)直流電機(jī) 　　直流電機(jī)是電機(jī)的主要類型之一，是一種將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能(直流電動機(jī))或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換成直流電能(直流發(fā)電機(jī))的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。直

40、流電機(jī)即可作為發(fā)電機(jī)使用，也可作為電動機(jī)使用，用作直流發(fā)電機(jī)可以得到直流電源，而作為直流電動機(jī)，由于其具有良好的調(diào)速性能，在許多調(diào)速性能要求較高的場合，仍得到廣泛使用。 [全文]接收到一個位置指令時，就會運動到指定的位置。微型伺服電機(jī)馬達(dá)具有高力矩、高性能、控制簡單、裝配靈活、價格低等優(yōu)點。從各方面因素考慮，本設(shè)計選用微型伺服電機(jī)作為驅(qū)動元件。通信，由主控制器打包傳輸通信數(shù)據(jù)。</p><p>　　2.5 Mul

41、tiFLEX2-AVE控制器</p><p>　　MultiFLEX2-AVE控制器是一款小型機(jī)器人通用控制器。MultiFLEX2-AVE控制器功能高度集成，具有眾多IO/AD接口，能夠控制R/C舵機(jī)，機(jī)器人舵機(jī)，具有RS-232接口和RS-422總線接口，能夠勝任常規(guī)的機(jī)器人控制；MultiFLEX2-AVE控制器開發(fā)簡單，使用圖形化集成開發(fā)壞境，只需要編寫程序邏輯流程圖就能夠自主生成C碼，下載到控制

42、器后就可實現(xiàn)機(jī)器人的功能控制。</p><p>　　2.5.1 功能概述</p><p>　　1、對照示意圖，MultiFLEX2-AVE控制器功能如下所示：</p><p>　　2、ATmega128@16MHz</p><p>　　3、6個機(jī)器人舵機(jī)接口，完全兼容Robotis DynamixelAX12+</p>&l

43、t;p>　　4、8個R/C舵機(jī)接口</p><p>　　5、12個TTL電平的雙向I/O口，GND/SIG/VCC三線制</p><p>　　6、8個AD轉(zhuǎn)換器接口</p><p><b>　　7、1個無源蜂鳴器</b></p><p>　　通過RS-232與上位機(jī)通訊，可選無線通訊模組，使用USB接口的ISP下載

44、調(diào)試器。</p><p>　　2.6 光強(qiáng)傳感器</p><p>　　光強(qiáng)傳感器對可見光波的光照強(qiáng)度很敏感，其核心元件是以只光敏電阻，其輸出信號為與光強(qiáng)相關(guān)的模擬信號。</p><p><b>　　2.7 舵機(jī)</b></p><p>　　機(jī)器人舵機(jī)的概念起源于對“航模舵機(jī)”的改進(jìn)。長期在各種教育娛樂機(jī)器人上大量

45、使用的“航模舵機(jī)”可以實現(xiàn)位置伺服的功能；由于它具有高度集成、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、控制簡單、價格較低等特點，因此廣泛使用在各類教育娛樂機(jī)器人上。但是，“航模舵機(jī)”畢竟是用于航模的產(chǎn)品，用作機(jī)器人關(guān)節(jié)伺服單元，有控制精度不高、無法整周旋轉(zhuǎn)、沒有反饋信息、響應(yīng)較慢、線纜雜亂等明顯的不足。</p><p>　　博創(chuàng)科技開發(fā)的proMOTION CDS系列機(jī)器人舵機(jī)，解決了傳統(tǒng)舵機(jī)用在機(jī)器人上的各種問題，同時繼承了傳統(tǒng)舵機(jī)的各種優(yōu)

46、勢。</p><p>　　CDS5516機(jī)器人舵機(jī)的主要特色（與航模舵機(jī)對比）</p><p>　　控制精度高。位置伺服控制分辨率可達(dá)0.35度。</p><p>　　響應(yīng)速度快。響應(yīng)時間可達(dá)2ms，而傳統(tǒng)航模舵機(jī)為20ms。</p><p>　　通過串行總線控制，可最多連接數(shù)百個單元；每個單元均具有位置、速度、力矩等反饋，用CDS系列舵機(jī)搭

47、建的機(jī)器人可以用人工示教來設(shè)定動作；即用戶用手調(diào)整機(jī)器人的各個關(guān)節(jié)姿態(tài)，機(jī)器人舵機(jī)能夠自動記錄位置、速度等參數(shù)，并由用戶播放。不再需要一個關(guān)節(jié)一個關(guān)節(jié)地設(shè)置參數(shù)，不再需要設(shè)置參數(shù)后再觀察關(guān)節(jié)是否到位、參數(shù)是否合適。</p><p>　　能整周旋轉(zhuǎn)，適合用在機(jī)器人關(guān)節(jié)上，也可作為輪式機(jī)器人的動力驅(qū)動。</p><p>　　具有強(qiáng)大的保護(hù)功能?？梢韵拗齐娏?、溫度等參數(shù)，如果溫度過高等可以報警或

48、自動停機(jī)，防止損壞。</p><p>　　CDS5516機(jī)器人舵機(jī)的主要特色（與Dynamixel舵機(jī)對比）</p><p>　　運行速度快.Dynamixel AX12+的最高轉(zhuǎn)速為50rpm，博創(chuàng)CDS5516為>62rpm。</p><p>　　兼容傳統(tǒng)舵機(jī)外形。CDS5516可以直接替換傳統(tǒng)舵機(jī)，將使用傳統(tǒng)舵機(jī)的機(jī)器人升級為采用機(jī)器人舵機(jī)；而AX12+

49、結(jié)構(gòu)和通訊方式不兼容傳統(tǒng)舵機(jī)，用戶需要重新設(shè)計機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)，以往的設(shè)計工作就失去了價值。</p><p><b>　　價格較低。</b></p><p><b>　　第三章：軟件設(shè)計。</b></p><p>　　3.1 設(shè)計程序流程圖</p><p><b>　　3.2 步態(tài)分析<

50、;/b></p><p><b>　　具體前進(jìn)步伐如下圖</b></p><p>　　3.3 具體實驗行動步驟規(guī)劃</p><p>　　由于傳感器問題，在實驗過程中我們小組成員經(jīng)討論將傳感器模塊去掉，采用前進(jìn)步循環(huán)10次，然后左轉(zhuǎn)身揮右手，右轉(zhuǎn)身揮左手，最后面向前方雙手揮起的動作。流程圖如下：</p><p>&l

51、t;b>　　3.4 具體程序</b></p><p>　　#include "Apps/SystemTask.h"</p><p>　　uint8 SERVO_MAPPING[12] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12};</p><p>　　int main()</p><p>

52、;<b>　　{</b></p><p>　　int a = 0;</p><p><b>　　MFInit();</b></p><p>　　MFInitServoMapping(&SERVO_MAPPING[0],12);</p><p>　　MFSetPortDirect(0x000

53、00FFC);</p><p>　　MFSetServoMode(1,0);</p><p>　　MFSetServoMode(2,0);</p><p>　　MFSetServoMode(3,0);</p><p>　　MFSetServoMode(4,0);</p><p>　　MFSetServoMode(5,0

54、);</p><p>　　MFSetServoMode(6,0);</p><p>　　MFSetServoMode(7,0);</p><p>　　MFSetServoMode(8,0);</p><p>　　MFSetServoMode(9,0);</p><p>　　MFSetServoMode(10,0);&l

55、t;/p><p>　　MFSetServoMode(11,0);</p><p>　　MFSetServoMode(12,0);</p><p><b>　　while (1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　for (a=0;a<10;

56、a++)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　//左tai</b></p><p>　　MFSetServoPos(1,459,512);</p><p>　　MFSetServoPos(2,672,512);</p><p>　　MFSetS

57、ervoPos(3,546,512);</p><p>　　MFSetServoPos(4,672,512);</p><p>　　MFSetServoPos(5,355,512);</p><p>　　MFSetServoPos(6,478,512);</p><p>　　MFSetServoPos(7,357,512);</p>

58、;<p>　　MFSetServoPos(8,437,512);</p><p>　　MFSetServoPos(9,308,512);</p><p>　　MFSetServoPos(10,634,512);</p><p>　　MFSetServoPos(11,512,512);</p><p>　　MFSetServoPo

59、s(12,144,512);</p><p>　　MFServoAction();</p><p>　　DelayMS(1000);</p><p><b>　　//左踏步</b></p><p>　　MFSetServoPos(1,459,512);</p><p>　　MFSetServoPo

60、s(2,672,512);</p><p>　　MFSetServoPos(3,546,512);</p><p>　　MFSetServoPos(4,638,512);</p><p>　　MFSetServoPos(5,594,512);</p><p>　　MFSetServoPos(6,691,512);</p><

61、;p>　　MFSetServoPos(7,357,512);</p><p>　　MFSetServoPos(8,437,512);</p><p>　　MFSetServoPos(9,308,512);</p><p>　　MFSetServoPos(10,634,512);</p><p>　　MFSetServoPos(11,51

62、2,512);</p><p>　　MFSetServoPos(12,144,512);</p><p>　　MFServoAction();</p><p>　　DelayMS(1000);</p><p><b>　　//右tai</b></p><p>　　MFSetServoPos(1,5

63、76,512);</p><p>　　MFSetServoPos(2,452,512);</p><p>　　MFSetServoPos(3,372,512);</p><p>　　MFSetServoPos(4,533,512);</p><p>　　MFSetServoPos(5,592,512);</p><p>

64、;　　MFSetServoPos(6,596,512);</p><p>　　MFSetServoPos(7,357,512);</p><p>　　MFSetServoPos(8,437,512);</p><p>　　MFSetServoPos(9,308,512);</p><p>　　MFSetServoPos(10,634,512)

65、;</p><p>　　MFSetServoPos(11,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(12,144,512);</p><p>　　MFServoAction();</p><p>　　DelayMS(1000);</p><p><b>　　//右踏步</b&g

66、t;</p><p>　　MFSetServoPos(1,528,512);</p><p>　　MFSetServoPos(2,662,512);</p><p>　　MFSetServoPos(3,578,512);</p><p>　　MFSetServoPos(4,533,512);</p><p>　　MFS

67、etServoPos(5,592,512);</p><p>　　MFSetServoPos(6,596,512);</p><p>　　MFSetServoPos(7,357,512);</p><p>　　MFSetServoPos(8,437,512);</p><p>　　MFSetServoPos(9,308,512);</p

68、><p>　　MFSetServoPos(10,634,512);</p><p>　　MFSetServoPos(11,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(12,144,512);</p><p>　　MFServoAction();</p><p>　　DelayMS(1000);<

69、;/p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　//立正</b></p><p>　　MFSetServoPos(1,529,512);</p><p>　　MFSetServoPos(2,609,512);</p><p>　　MFSetServoPos(3

70、,549,512);</p><p>　　MFSetServoPos(4,647,512);</p><p>　　MFSetServoPos(5,542,512);</p><p>　　MFSetServoPos(6,659,512);</p><p>　　MFSetServoPos(7,357,512);</p><p&

71、gt;　　MFSetServoPos(8,437,512);</p><p>　　MFSetServoPos(9,308,512);</p><p>　　MFSetServoPos(10,634,512);</p><p>　　MFSetServoPos(11,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(12,144,

72、512);</p><p>　　MFServoAction();</p><p>　　DelayMS(1000);</p><p><b>　　//左轉(zhuǎn)身右抬手</b></p><p>　　MFSetServoPos(1,529,512);</p><p>　　MFSetServoPos(2,60

73、9,512);</p><p>　　MFSetServoPos(3,549,512);</p><p>　　MFSetServoPos(4,647,512);</p><p>　　MFSetServoPos(5,542,512);</p><p>　　MFSetServoPos(6,659,512);</p><p>

74、　　MFSetServoPos(7,357,512);</p><p>　　MFSetServoPos(8,1023,512);</p><p>　　MFSetServoPos(9,308,512);</p><p>　　MFSetServoPos(10,634,512);</p><p>　　MFSetServoPos(11,512,512

75、);</p><p>　　MFSetServoPos(12,285,512);</p><p>　　MFServoAction();</p><p>　　DelayMS(1000);</p><p>　　//左轉(zhuǎn)身右抬手左擺</p><p>　　MFSetServoPos(1,529,512);</p>

76、<p>　　MFSetServoPos(2,609,512);</p><p>　　MFSetServoPos(3,549,512);</p><p>　　MFSetServoPos(4,647,512);</p><p>　　MFSetServoPos(5,542,512);</p><p>　　MFSetServoPos(6,6

77、59,512);</p><p>　　MFSetServoPos(7,537,512);</p><p>　　MFSetServoPos(8,1023,512);</p><p>　　MFSetServoPos(9,308,512);</p><p>　　MFSetServoPos(10,634,512);</p><p&

78、gt;　　MFSetServoPos(11,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(12,285,512);</p><p>　　MFServoAction();</p><p>　　DelayMS(1000);</p><p>　　//左轉(zhuǎn)身右抬手右擺</p><p>　　MFSetSer

79、voPos(1,529,512);</p><p>　　MFSetServoPos(2,609,512);</p><p>　　MFSetServoPos(3,549,512);</p><p>　　MFSetServoPos(4,647,512);</p><p>　　MFSetServoPos(5,542,512);</p>

80、<p>　　MFSetServoPos(6,659,512);</p><p>　　MFSetServoPos(7,257,512);</p><p>　　MFSetServoPos(8,1023,512);</p><p>　　MFSetServoPos(9,308,512);</p><p>　　MFSetServoPos(1

81、0,634,512);</p><p>　　MFSetServoPos(11,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(12,285,512);</p><p>　　MFServoAction();</p><p>　　DelayMS(1000);</p><p><b>　　//立

82、正</b></p><p>　　MFSetServoPos(1,529,512);</p><p>　　MFSetServoPos(2,609,512);</p><p>　　MFSetServoPos(3,549,512);</p><p>　　MFSetServoPos(4,647,512);</p><p

83、>　　MFSetServoPos(5,542,512);</p><p>　　MFSetServoPos(6,659,512);</p><p>　　MFSetServoPos(7,357,512);</p><p>　　MFSetServoPos(8,437,512);</p><p>　　MFSetServoPos(9,308,51

84、2);</p><p>　　MFSetServoPos(10,634,512);</p><p>　　MFSetServoPos(11,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(12,144,512);</p><p>　　MFServoAction();</p><p>　　DelayMS(

85、1000);</p><p><b>　　//立正</b></p><p>　　MFSetServoPos(1,529,512);</p><p>　　MFSetServoPos(2,609,512);</p><p>　　MFSetServoPos(3,549,512);</p><p>　　M

86、FSetServoPos(4,647,512);</p><p>　　MFSetServoPos(5,542,512);</p><p>　　MFSetServoPos(6,659,512);</p><p>　　MFSetServoPos(7,357,512);</p><p>　　MFSetServoPos(8,437,512);<

87、/p><p>　　MFSetServoPos(9,308,512);</p><p>　　MFSetServoPos(10,634,512);</p><p>　　MFSetServoPos(11,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(12,144,512);</p><p>　　MFServ

88、oAction();</p><p>　　DelayMS(1000);</p><p><b>　　//右轉(zhuǎn)身左抬手</b></p><p>　　MFSetServoPos(1,529,512);</p><p>　　MFSetServoPos(2,609,512);</p><p>　　MFSe

89、tServoPos(3,549,512);</p><p>　　MFSetServoPos(4,647,512);</p><p>　　MFSetServoPos(5,542,512);</p><p>　　MFSetServoPos(6,659,512);</p><p>　　MFSetServoPos(7,357,512);</p&

90、gt;<p>　　MFSetServoPos(8,898,512);</p><p>　　MFSetServoPos(9,898,512);</p><p>　　MFSetServoPos(10,634,512);</p><p>　　MFSetServoPos(11,512,512);</p><p>　　MFSetServo

91、Pos(12,6,512);</p><p>　　MFServoAction();</p><p>　　DelayMS(1000);</p><p>　　//右轉(zhuǎn)身左抬手左擺</p><p>　　MFSetServoPos(1,529,512);</p><p>　　MFSetServoPos(2,609,512);&

92、lt;/p><p>　　MFSetServoPos(3,549,512);</p><p>　　MFSetServoPos(4,647,512);</p><p>　　MFSetServoPos(5,542,512);</p><p>　　MFSetServoPos(6,659,512);</p><p>　　MFSetS

93、ervoPos(7,357,512);</p><p>　　MFSetServoPos(8,898,512);</p><p>　　MFSetServoPos(9,638,512);</p><p>　　MFSetServoPos(10,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(11,512,512);</p&

94、gt;<p>　　MFSetServoPos(12,6,512);</p><p>　　MFServoAction();</p><p>　　DelayMS(1000);</p><p>　　//右轉(zhuǎn)身左抬手右擺</p><p>　　MFSetServoPos(1,529,512);</p><p>　　

95、MFSetServoPos(2,609,512);</p><p>　　MFSetServoPos(3,549,512);</p><p>　　MFSetServoPos(4,647,512);</p><p>　　MFSetServoPos(5,542,512);</p><p>　　MFSetServoPos(6,659,512);<

96、;/p><p>　　MFSetServoPos(7,357,512);</p><p>　　MFSetServoPos(8,898,512);</p><p>　　MFSetServoPos(9,638,512);</p><p>　　MFSetServoPos(10,727,512);</p><p>　　MFSetSe

97、rvoPos(11,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(12,6,512);</p><p>　　MFServoAction();</p><p>　　DelayMS(1000);</p><p><b>　　//立正</b></p><p>　　MFSetServ

98、oPos(1,529,512);</p><p>　　MFSetServoPos(2,609,512);</p><p>　　MFSetServoPos(3,549,512);</p><p>　　MFSetServoPos(4,647,512);</p><p>　　MFSetServoPos(5,542,512);</p>

99、<p>　　MFSetServoPos(6,659,512);</p><p>　　MFSetServoPos(7,357,512);</p><p>　　MFSetServoPos(8,437,512);</p><p>　　MFSetServoPos(9,308,512);</p><p>　　MFSetServoPos(10,

100、634,512);</p><p>　　MFSetServoPos(11,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(12,144,512);</p><p>　　MFServoAction();</p><p>　　DelayMS(1000);</p><p><b>　　//立正&

101、lt;/b></p><p>　　MFSetServoPos(1,529,512);</p><p>　　MFSetServoPos(2,609,512);</p><p>　　MFSetServoPos(3,549,512);</p><p>　　MFSetServoPos(4,647,512);</p><p&g

102、t;　　MFSetServoPos(5,542,512);</p><p>　　MFSetServoPos(6,659,512);</p><p>　　MFSetServoPos(7,357,512);</p><p>　　MFSetServoPos(8,437,512);</p><p>　　MFSetServoPos(9,308,512)

103、;</p><p>　　MFSetServoPos(10,634,512);</p><p>　　MFSetServoPos(11,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(12,144,512);</p><p>　　MFServoAction();</p><p>　　DelayMS(10

104、00);</p><p><b>　　//雙手舉起</b></p><p>　　MFSetServoPos(1,529,512);</p><p>　　MFSetServoPos(2,609,512);</p><p>　　MFSetServoPos(3,549,512);</p><p>　　M

105、FSetServoPos(4,647,512);</p><p>　　MFSetServoPos(5,542,512);</p><p>　　MFSetServoPos(6,659,512);</p><p>　　MFSetServoPos(7,357,512);</p><p>　　MFSetServoPos(8,1023,512);<

106、;/p><p>　　MFSetServoPos(9,898,512);</p><p>　　MFSetServoPos(10,634,512);</p><p>　　MFSetServoPos(11,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(12,144,512);</p><p>　　MFSer

107、voAction();</p><p>　　DelayMS(1000);</p><p><b>　　//立正</b></p><p>　　MFSetServoPos(1,529,512);</p><p>　　MFSetServoPos(2,609,512);</p><p>　　MFSetSe

108、rvoPos(3,549,512);</p><p>　　MFSetServoPos(4,647,512);</p><p>　　MFSetServoPos(5,542,512);</p><p>　　MFSetServoPos(6,659,512);</p><p>　　MFSetServoPos(7,357,512);</p>

109、<p>　　MFSetServoPos(8,437,512);</p><p>　　MFSetServoPos(9,308,512);</p><p>　　MFSetServoPos(10,634,512);</p><p>　　MFSetServoPos(11,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos

110、(12,144,512);</p><p>　　MFServoAction();</p><p>　　DelayMS(1000);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　第四章：設(shè)計總結(jié)（心得體會）。</p&

111、gt;<p>　　本次實驗收獲較多，除了更一步掌握了創(chuàng)意之星機(jī)器人編程軟件的運用，更加熟悉了機(jī)器人動作設(shè)計的一般過程。在對模塊化機(jī)器人的組裝調(diào)試中，我們熟悉了各種結(jié)構(gòu)件的使用技巧，為設(shè)計更為復(fù)雜的構(gòu)型打好基礎(chǔ)。通過“會追光的雙足機(jī)器人”的設(shè)計實驗，我們走過了進(jìn)行一個工程設(shè)計的簡要流程，從需求分析到整體方案設(shè)計，再到設(shè)備選型和細(xì)節(jié)設(shè)計，最終完成樣機(jī)調(diào)試，這樣的方法在工程實踐中具有一定的通用性。</p><

112、p>　　裝配此人形機(jī)器人是一個復(fù)雜的過程，其間工序頗多，這讓我們組隊合作的重要性，此次實驗讓我們小組成員配合更加默契。</p><p>　　與此同時，這學(xué)期的課程設(shè)計中，在收獲知識的同時，還收獲了閱歷，收獲了成熟，在此過程中，我們通過查找大量資料，請教老師，以及不懈的努力，不僅培養(yǎng)了獨立思考、動手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，在實驗課上，我們學(xué)會了很多學(xué)習(xí)的方法。而這是日后最實用的，

113、真的是受益匪淺。要面對社會的挑戰(zhàn)，只有不斷的學(xué)習(xí)、實踐，再學(xué)習(xí)、再實踐</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　謝存禧 張鐵 《機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用》機(jī)械工程出版社，2011</p><p>　　孟繁華 《機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)》 爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1989</p><p>　　王天然 《機(jī)器人》化學(xué)工