六足是机器人的行走机构设计
图3-8 步行腿行走原理图
六足机器人在直线行走过程中需要左拐时,关闭机体左侧电机电源开关,接通右侧电机。左侧电机停止驱动,使左侧步行腿停止摆腿运动,而右侧的电机继续驱动右侧步行腿摆动,并以左侧停止摆动的步行腿为支点实现向左转弯功能。同理,关闭右侧电机,接通左侧电机,可实现向右转弯功能。
当两侧一舵机正转,另一个反转时,机体两侧对应的步行腿做相逆的旋转摆动运动,可实现机体原地转弯掉头的功能。
3.4 舵机驱动原理
3.4.1驱动原理
仿生六足机器人利用的是电动驱动的方法,舵机是经常选用的驱动器,它选用的是微型直流角位移伺服电动机。直流电机,减速齿轮,电位计以及控制电路是舵机的重要组成部分,驱动信号利用的是脉冲,转角和其宽度之间是线性关系,为了使电机能向各个方向运动就要保持舵机的初始位置时候为90度,这样就可以控制腿部的前进和后退。 3.4.2 舵机控制方法
电源线、地线、控制线是标准舵机的三个重要组成部分。
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输出转轴
电源线Vcc 地线GND 控制线
图3-10 舵机标准结构
舵机内部的电机与线路靠电源线和地线维持,电压的大小大约为5V,当输入可调的周期性信号(方波脉冲)是,舵机的转角就会和信号相关联,同时变大变小。
舵机需要一个可调宽度的方波信号,这也是舵机的控制信号,可以以此来控制舵机。(当然随着FPGA成本高,模拟电路,实现电路复杂,不适合输出)舵机的控制器常常都用单片机。这里主要对机构进行设计,单片机电子部分就暂不过多研究了。
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3.5 六足机器人主体设计
用三维软件CATIA画出总设计图如下:
3.5.1 机身
通过大多数的昆虫的外形观察,可以发现大多数的生物机体大小类似于一个椭圆,通过查阅一些资料可以发现采用近似菱形的机体的多足机器人可以减少腿部之间的碰撞,另一方面还使机体更加的稳定,因此仿生六足机器人机体采用六边形框架结构,机体的材料选择铝合金以减轻机器人重量。如图3-11所示
图3-11 机身
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3.5.2腿部的设计
腿部结构是机器人身体里主要的部分,根据仿生学的知识,自然界的昆虫的腿部结构大致为:基节,股节,胫节,三个部分,而围绕着跟关节,髋关节,和膝关节,还有踝关节和脚。本文采用曲柄摇杆机构实现其直线行走和转弯功能的。三角架交替的变换使机身能向前运动,他们每组都支撑机体的重量,并在负重的状态下使机体的前行,所以适应的刚性和承载能力是非常重要的。所以对承载能力有着限制。 3.5.3足
机器人的足部要安装压力传感器,所以脚步结构需要突起的一部分, 因为中间需要放置传感器所以需要突起一部分来使得压力传感器能更好的传递压力信息,具体的零件尺寸看其cad图纸。当然了在脚的中间要挖了一块来放传感器,能更好的传递外界的压力,反应环境的特点。如图3-12所示:
图3-12 足
基本的尺寸如图3-13所示:
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图3-13 足的尺寸图
脚通过直径为4的螺钉螺母来连接小腿。 3.5.4小腿
为了简化舵机架在小腿的作用所以把舵机架简化到小腿上去,小腿的作用一方面来连接脚,另一个就是来安装固定住膝盖部分的舵机,从而使其更好的转动,小腿的基本尺寸如图3-14所示
图3-14 小腿
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