毕业设计说明书
毕业设计题目：仿 生 六 足 机 器 人 控 制 系 统 设 计
院 系
机电工程学院
专 业
机械工程及自动化
学 号
学生姓名
Aslm
指导教师
完成日期
2014 年 5 月 23 日
I
摘要
本设计主要研究的是小型仿生六足机器人控制系统的开发，其采用自主设计
的控制器作为硬件平台。控制器主要有微处理器、驱动模块、电源模块、外围扩
展构成。其中驱动模块采用了分时复用的原理，将处理器的 3 路 PWM 信号扩展成
24 路，具有信号质量好、占用处理器资源少的优点。
在软件层上，采用了 D-H 建模、三角算法、六次项轨迹规划等算法来构建机
器人的运动的数学模型。在机器人的运动过程中，首先是由三角算法构建机器人
的运动步态，之后运用六次轨迹规划算法模拟出六足动物的抬腿摆动轨迹，最后
经由运动学的求逆，运算出每个关节的旋转角，进而模拟出六足动物的运动步态。
关键词：仿生学；运动算法；轨迹规划；底层驱动
II
Abstract
The study was primarily designed to small of Hexapod robot control system, which uses
self-designed controller as hardware platform. Controllers are mainly mini processors, drive
modules, power modules, external expansion constituted. Wherein the drive module uses the
principle of timeshare I reuse, and will expand 3 channels PWM signal processor into 24 channels,
with good signal quality, taking advantage of less processor resources.
On the software layer, using the D-H modeling, triangle algorithm, six entries trajectory
planning algorithm to construct a mathematical model of the robot movement. During movement
of the robot, the first is to build a robot from the triangle gait algorithm, after six trajectory
planning algorithm using simulated the hexapod animal leg swing trajectories, and finally through
the inverse kinematics, the operation of each joint rotation angle, and then simulate the Hexapod
animal gait.
Keywords: Bionics; Motion Algorithm; Trajectory planning; Underlying driver
III
目 录
摘要 ................................................................................................................................ I
Abstract ........................................................................................................................ II
第 1 章 绪论 .................................................................................................................. 1
1.1 机器人的发展史 .............................................. 1
1.2 仿生机器人的发展 ............................................. 1
1.2 仿生机器人的用途 ............................................ 2
1.3 仿生机器人的运动算法与控制的热点 ............................. 3
1.4 仿生六足机器人的开发流程 ..................................... 4
第 2 章 仿生六足机器人的运动学计算 ...................................................................... 6
2.1 仿生六足机器的机构特点 ....................................... 6
2.2 机器人的位置运动学 ........................................... 7
2.3 D-H 参数法的简介 ............................................. 7
2.4 仿生六足机器人的腿部正运动学计算 ............................ 8
2.6 仿生六足机器人的逆运动学 ................................... 10
第 3 章 仿生六足机器人的运动算法 ........................................................................ 13
3.1 运动轨迹的主要参数 ......................................... 13
3.2 六次项足迹规划 ............................................. 13
3.3 行走步态设计 ................................................ 16
3.4 转弯步态设计 ................................................ 18
3.4.1 原点转弯 .............................................. 18
3.4.2 定点转弯步态设计 ...................................... 19
第 4 章 控制系统设计 ................................................................................................ 20
4.1 控制系统概述及其要求 ....................................... 21
4.2 舵机原理介绍 ................................................ 21
4.3 下位机硬件开发 .............................................. 22
4.3.1 主处理器的选型 ........................................ 22
4.3.2 驱动模块设计 .......................................... 23
4.3.3 驱动模块信号测试 ...................................... 24
4.3.4 电源模块设计 .......................................... 24
4.3.5 下位机软件架构 ........................................ 25
4.4 上位机软件开发 .............................................. 26
4.4.1 上位机软件的主要功能 .................................. 26
4.4.2 上位机软件的数据收发 .................................. 27
IV
4.4.3 上位机软件界面 ........................................ 28
4.5 误差分析 ................................................... 29
结论 .............................................................................................................................. 29
参考文献 ...................................................................................................................... 30
致谢 .............................................................................................................................. 31
附录 1 机器人零件工程图 ............................................ 30
附录 2 驱动模块 PCB .................................................................................................. 30
附录 3 控制系统硬件原理图 ....................................................... 错误!未定义书签。
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