两关节地面移动机器人控制系统设计及软件实现(6)

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轮式、履带式移动机器人

南京理工大学 MRobot 机器人系列可以实现爬楼爬坡（30°以内），越

障等功能。

腿足式移动机器人山东大学液压驱动四足机器人可以实现 trot 动态步伐行走。仿人机器人

仿人机器人

北京理工大学 BRH 系列仿人机器人高 1.58 m，32 个自由度，行走速度

可达 l km/h，实现了太极拳表演、刀术表演、腾空行走等复杂动作

仿人机器人

哈尔滨工业大学

HIT

系列双足步行机器人

具有与人相似的四肢长度，可以仿照人的行走，但是稳定性需要以增加“脚” 的大小来提高。

国防科学技术大学

KDW 系列双足机器人与真人相比尺寸较小，灵活性、稳定

性高。

本科毕业设计说明书第 7 页

水下机器人中国科学院沈阳自动化研究

所

ROV、AUV 水下机器人其中 “北极 ARV” 参与了 2008 年

北极科考，成功获取冰底形态、海冰厚度、海水盐度等数据。

医疗与康复机器人北京航空航天

大学与海军总医院

脑外科机器人系统应用于外科手术中，可以放大视野从

而提高精度，使用后患者的伤口小且出血少，更加利于恢复。

1.4 课题研究内容

本文基于已有的双关节地面移动机器人机械结构，在机器人的控制系统实际设计之前，进行了如下的准备工作：

1 对于已有的机器人结构进行了力学分析，计算出了地面机器人的基本参数；

2 以构想的运动控制系统为蓝本，对于期望机器人完成的动作进行了力学分析；

3 对电机的选型进行了校核，并给电机上电，检测电机性能；

4 进一步确定了机器人的各个指标，如输出的速度范围、力矩大小、以及左右履带电机驱动机器人转弯时角速度的范围等。根据相关指标的计算，对于电机的运动控制目标进行了进一步的确定；

5 运用 Microsoft Visio 软件模拟搭建了以单片机为核心的机器人运动控制系统。在实际控制系统搭建时，本文主要分为硬件系统和软件系统来对系统进行介绍。硬件方

面，介绍了控制中心的搭建以及遥控装置的组装；由于在运动控制时还使用了功能强大的驱动器，文中对于电机驱动器的硬件也有基本介绍；此外，传感器的应用还可以辅助判断外界环境，文中还有传感器的硬件选用。在软件部分主要使用 C 语言进行主程序编写，辅助以驱动器可识别的命令字进行运动控制。文中对于无线模块控制的实现、驱动器控制模块控制的实现的思路都有详细介绍，并说明了程序中所用到的端口以及中断和它们的触发方式，最终实现的功能。

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2 机器人控制目标确定

由于本课题的研究是基于一个已经设计完成的机器人实体进行控制系统的搭建，因此在机器人的控制系统搭建之前，需要先对已有机器人的机构进行分析。基于其实际的尺寸参数、机械性能进行数据分析和计算，才能树立合理可行的控制目标。本章节主要介绍机器人的一些基本参数，并对机器人在常见工作条件下的状态进行力学分析，进而确定电机的选型。在电机选型合理的情况下，对电机进行简单的测试，确保其工作性能良好。最后，根据所选电机的参数，对于机器人的运动进行再次计算，分析机器人最终的行进速度、输出力矩、有半径/无半径转动角速度等。