六足机器人毕业设计论文
目录
插表清单 ................................................................................................................................................................... III 插图清单 .................................................................................................................................................................... IV 第一章 绪论 ................................................................................................................................................................ 1 1.1 机器人的发展历史 ........................................................................................................................................... 1 1.2 机器人的定义和基本组成 ............................................................................................................................... 2 1.2.1机器人的定义 ........................................................................................................................................... 2 1.2.2机器人的基本组成： ............................................................................................................................... 2 1.3 移动机器人概述 ............................................................................................................................................... 3 1.4 移动机器人分类 ............................................................................................................................................... 4 1.5 多足机器人的发展现状 ................................................................................................................................... 5 1.6 本设计的主要工作 ........................................................................................................................................... 7 1.7 本章小结 ........................................................................................................................................................... 8 第二章 六足仿生机器人的结构分析及设计 ............................................................................................................. 8 2.1“六足纲”昆虫的运动原理 ............................................................................................................................. 9 2.1.1步态的参数描述 ....................................................................................................................................... 9 2.1.2三角步态运动原理 ................................................................................................................................... 9 2.2六足仿生机器人机械结构分析 ...................................................................................................................... 10 2.3 本章小结 ......................................................................................................................................................... 11 第三章 六足仿生机器人的步态分析和设计 ........................................................................................................... 12 3.1六足步行机器人坐标定义 .............................................................................................................................. 12 3.2六足机器人的稳定性分析 .............................................................................................................................. 14 3.3.1 稳定性分析 ............................................................................................................................................ 14 3.3.2稳定裕量计算 ......................................................................................................................................... 15 3.4六足仿生机器人的直线运动步态设计 .......................................................................................................... 16 3.4.1步态规划 ................................................................................................................................................. 16 3.4.2步态动作分析 ......................................................................................................................................... 17 3. 5“三角步态”定点转弯步态设计 ................................................................................................................. 20 3.6本章小结 ......................................................................................................................................................... 22 第四章 六足仿生机器人的控制系统设计 ............................................................................................................... 23 4.1功能分解 ......................................................................................................................................................... 23 4.2控制系统的硬件设计...................................................................................................................................... 24 4.2.1微处理器AT89S52简介 ......................................................................................................................... 25 4.2.2 舵机模块设计 ........................................................................................................................................ 26 4.2.3 避障模块设计 ........................................................................................................................................ 28
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4.3 控制系统软件设计 ......................................................................................................................................... 29 4.3.1单个舵机控制方法 ................................................................................................................................. 30 4.3.2多舵机控制 ............................................................................................................................................. 34 4.3.3六足仿生机器人全方位步态程序设计 .................................................................................................. 39 4.4 软件的抗干扰及可靠性设计 ......................................................................................................................... 42 4.5 本章小结 ......................................................................................................................................................... 43 第五章 软硬件联调................................................................................................................................................... 44 5.1 KEIL C51开发系统基本知识 .......................................................................................................................... 44 5.2 PROTEUS 仿真软件基本知识 .......................................................................................................................... 45 5.2.1 Proteus介绍 ......................................................................................................................................... 45 5.2.2 Proteus的仿真 ..................................................................................................................................... 45 5.2.3 Proteus PCB .......................................................................................................................................... 45 5.3调试结果 ......................................................................................................................................................... 45 5.2 相关数值测试 ................................................................................................................................................. 47 5.3本章小结 ......................................................................................................................................................... 47 第六章 结束语 .......................................................................................................................................................... 48 6.1 论文总结 ......................................................................................................................................................... 48 6.2 论文写作的感想 ............................................................................................................................................. 48 6.3本章小结 ......................................................................................................................................................... 49 参考文献 .................................................................................................................................................................... 49 致谢辞 ........................................................................................................................................................................ 50
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插表清单
表 1-1机器人Fred Delcomyn的参数……………………….……………………..………..…6 表 2-1 本设计机器人相关参数………………………………….…………….….…..………9 表 4-1 I/O引脚分配表……………………………………………………….…………..……23 表 4-2 时基脉冲与舵机角度对应表…………………………………………………………..24 表 4-2 探测障碍物的传感器与单片机引脚对应关系表…………...…….……….…………25 表 4-3舵机与六足机器人足对应关系表………………………...……….……….….………36 表 4-4 舵机与单片机端口的对应关系表…………………………………….………………36 表 5-1 关系数值表……………………………………………………..…….…..……………44
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插图清单
图 1-1Fred Delcomyn六足仿生机器人……………………………….……………..…….………6 图 1-2Gengh机器人………………………………………………….………………..…….………6 图 1-3 DRROB系列高级机器人………………………………….………………………….………7 图 2-1 本设计的六足仿生机器人……………………………………………………...…………10 图 2-2机器人腿部实物……………………………………………………………..…….…..……10 图 3-1腿部组图简图........................................................................................................................11 图 3-2 机器人腿部坐标示意图…………………………………………………………….……..12 图 3-3 腿部简图...............................................................................................................................12 图 3-4步行机器人任一时刻姿态图………………………………………...………….…....….…13 图 3-5三角步态稳定图....................................................................................................................14 图 3-6 六足步态示意图...................................................................................................................15 图 3-7（A、B、C、D）定点转弯步态示意图.................................................................................16 图 4-1 基本功能框图.......................................................................................................................21 图 4-2 PDIP封装图………………………………..………………………………..…….…..……23 图 4-3微动开关示意图………………………………………..……………….……..….….…… 25 图 4-4 微动开关安装位置图……………………………………………….….……..….….…… 25 图 4-5 硬件设计仿真图…………………………………………………….….…..….……..……26 图 4-6 系统软件的总体流程…………………………………………..………...………..………27 图 4-7 舵盘的位置线性变化图…………………………………...………….….………..………28 图 4-8 舵机的控制脉冲图…………………………………………...……….…….….….………28 图 4-9 控制脉冲程序流程图……………………………………………….…...…..….…………29 图 4-10 8路信号舵机控制脉冲图…………………………..……….…..………....….…………31 图 4-11 12个舵机控制流程图……………………………………………....…...….……………33 图 4-12 舵机位置示意图..………………………………………………...…..….…….…………36 图 4-13 直行程序流程图…………………………………………...………....……..……………37 图 4-14 转弯程序流程图………………………………………..………...…..….….……………38 图 4-15 避障程序流程图…………………………………..……………...…...………….………39 图 5-1 硬件仿真结果图……………………………………………...………..…………………44
IV
第一章 绪论
机器人的应用越来越广泛，几乎渗透到人们生活的各个领域。机器人技术在八十年代后期已经形成比较完整的体系。它将机构学、电子技术、控制理论、计算机技术、传感器技术和人工智能等相关学科融合为一体，不断吸收其他学科诸如材料、能源科学的最新成果，形成了一门独立的高科技学科——机器人学。机器人学是一种高度综合和交叉的新兴学科，涉及的领域很多，诸如机械、电气、工艺、力学、传动、控制、通信、决策、生物、伦理等诸多方面，是当代研究十分活跃、应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。
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1.1 机器人的发展历史
早在三千多年前的西周时代，我国就出现了能歌善舞的木偶，称为“倡者”，这可能是世界上最早的“机器人”。
在近代，随着第一次、第二次工业革命，各种机械装置的发明与应用，世界各地出现了许多“机器人”玩具和工艺品。这些装置大多由时钟机构驱动，用凸轮和杠杆传递运动。
1920年，捷克作家K.凯比克在一科幻剧本中首次提出了ROBOT（汉语前译为“劳伯”）这个名词。现在已被人们作为机器人的专用名词。
1950年美国作家阿西莫夫提出了机器人学（Robotics）这一概念，并提出了所谓的“机器人三原则”，即：
1.机器人不可伤人；
2.机器人必须服从人给与，但不和（1）矛盾的指令；
3.在与（1）、（2）原则不相矛盾的前提下，机器人可维护自身不受伤害。 本世纪50、60年代，随着机构理论和伺服理论的发展，机器人进入了使用化阶段。1954年美国的G.C.Devol发表了“通用机器人”专利；1960年美国AMF公司生产了柱坐标型Versatran机器人，可作点位和轨迹控制，这是世界上第一种用于工业生产上的机器人。
70年代，随着计算机技术、现代控制技术、传感技术、人工智能技术的发展，机器人得到了迅速发展。1974年Cincinnati Milacron公司开发成功多关节机器人；1979年，Unimation公司又推出了PUMA机器人，它是一种多关节、全电动驱动、多CPU二级控制；采用VAL专用语言；可配视觉、触觉、力觉传感器，在当时
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