一、課題綜述及研究意義

目前，機(jī)器人已經(jīng)被人類廣泛應(yīng)用于很多繁重的領(lǐng)域，而擬人機(jī)器人是機(jī)器人發(fā)展的趨勢(shì)。20世紀(jì)60年代擬人機(jī)器人開(kāi)始發(fā)展，幾十年的發(fā)展使得擬人機(jī)器人的研制工作進(jìn)展迅速。其中步行機(jī)器人是擬人機(jī)器人中非常重要的一部分。

相較于傳統(tǒng)的履帶式和輪式機(jī)器人，步行機(jī)器人能適應(yīng)更多的環(huán)境，更復(fù)雜的地面情況。其行動(dòng)方式與人類更接近，能夠代替人在惡劣的環(huán)境下作業(yè)。與其他機(jī)器人相比較，步行機(jī)器人的功耗比較小、體積比較小、重量比較輕、行動(dòng)較為靈活。競(jìng)步機(jī)器人是步行機(jī)器人在競(jìng)賽領(lǐng)域的應(yīng)用。機(jī)器人競(jìng)賽的科技含量高，其涵蓋的領(lǐng)域很廣，涉及人工智能、通訊傳感、自動(dòng)控制等，在社會(huì)上的有很強(qiáng)的影響力。

由上述觀點(diǎn)可以表明競(jìng)步機(jī)器人很有研究意義和價(jià)值。競(jìng)步機(jī)器人可以促進(jìn)很多學(xué)科的發(fā)展，如仿生學(xué)，人工智能，通信等。步行是人類的基本功能，而對(duì)于步行機(jī)器人的研究對(duì)醫(yī)學(xué)研究同樣有著很深遠(yuǎn)的意義。競(jìng)步機(jī)器人的研究對(duì)假肢的研制很有幫助。競(jìng)步機(jī)器人是全國(guó)機(jī)器人大賽的指定項(xiàng)目。在大賽的平臺(tái)上我們可以更好的研究競(jìng)步機(jī)器人，同時(shí)通過(guò)競(jìng)步機(jī)器人這一平臺(tái)我們也可以和其他高校以及企業(yè)交流學(xué)習(xí)。

二、課題擬采取的研究方法和技術(shù)路線

競(jìng)步機(jī)器人主要面向競(jìng)賽，在競(jìng)步機(jī)器人的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)中，需要確定機(jī)器人的功能、需要達(dá)到的指標(biāo)以及機(jī)器人的系統(tǒng)配置。設(shè)計(jì)機(jī)器人時(shí)，需要從硬件和軟件兩方面著手。根據(jù)競(jìng)賽要求設(shè)計(jì)機(jī)器人的硬件，根據(jù)比賽需要完成的動(dòng)作等完成機(jī)器人的軟件設(shè)計(jì)。

雙足競(jìng)步機(jī)器人是機(jī)器人大賽中的一個(gè)比賽項(xiàng)目。為了體現(xiàn)比賽的公平公正性，但凡是比賽肯定有一定的規(guī)則。在競(jìng)步機(jī)器人的比賽中，選手的機(jī)器人需要規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成要求的動(dòng)作，并且要盡可能少的出錯(cuò)和盡可能快的走到終點(diǎn)。這對(duì)機(jī)器人的規(guī)格參數(shù)都有要求。

機(jī)器人大賽要求競(jìng)步機(jī)器人在4分鐘內(nèi)完成如下指定的動(dòng)作：

機(jī)器人以步行的方式從起點(diǎn)走到終點(diǎn)（場(chǎng)地為200cm×60cm的區(qū)域），在場(chǎng)地的區(qū)域內(nèi)要求先向前走3步，然后立正，再向前臥下，向前翻3次跟斗，起立，向前再走3步，立正，先后臥下，向后翻2次跟斗，起立，最后以穩(wěn)定、連貫、輕快的步履走向終點(diǎn)競(jìng)步機(jī)器人執(zhí)行系統(tǒng)即競(jìng)步機(jī)器人本體，執(zhí)行系統(tǒng)最重要的是每條腿的三個(gè)關(guān)節(jié)。三個(gè)關(guān)節(jié)是保持競(jìng)步機(jī)器人在比賽過(guò)程中平穩(wěn)走向，并且完成比賽指定動(dòng)作的保證。三個(gè)關(guān)節(jié)的電機(jī)選擇對(duì)于競(jìng)步機(jī)器人的設(shè)計(jì)很重要，電機(jī)選擇的合適與否關(guān)乎競(jìng)步機(jī)器人完成動(dòng)作的質(zhì)量。

機(jī)器人軟件設(shè)計(jì)以及硬件設(shè)計(jì)確保機(jī)器人能按照比賽要求運(yùn)作。本次設(shè)計(jì)的競(jìng)步機(jī)器人具有6個(gè)自由度，每條腿具有三個(gè)關(guān)節(jié)。分別是足關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)。機(jī)器人的硬件系統(tǒng)一般由控制系統(tǒng)，檢測(cè)系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)組成。三個(gè)系統(tǒng)各自作用，相輔相成，有助于競(jìng)步機(jī)器人完成比賽的質(zhì)量。

機(jī)器人的控制系統(tǒng)控制著機(jī)器人的運(yùn)作。控制系統(tǒng)通過(guò)控制舵機(jī)，決定機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。控制系統(tǒng)給舵機(jī)發(fā)送指令，舵機(jī)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的角度來(lái)控制機(jī)器人的動(dòng)作。

競(jìng)步機(jī)器人的控制系統(tǒng)主要由電源模塊，MCU主控制模塊，232通訊模塊、舵機(jī)控制模塊和舵機(jī)接口模塊組成。

控制系統(tǒng)各個(gè)模塊各司其職，確保著競(jìng)步機(jī)器人在給定指令下運(yùn)動(dòng)。從而順利完成比賽。

軟件部分設(shè)計(jì)主要是通過(guò)程序編寫控制競(jìng)步機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。本次設(shè)計(jì)采用我們比較熟悉的C語(yǔ)言編程。

軟件部分設(shè)計(jì)主要是控制競(jìng)步機(jī)器人根據(jù)指令完成比賽規(guī)定的動(dòng)作。每個(gè)動(dòng)作都有相應(yīng)的指令。機(jī)器人做出每個(gè)動(dòng)作，都是通過(guò)舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)完成的。而舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)是由PWM信號(hào)控制的。軟件部分還將會(huì)介紹PWM信號(hào)的控制方法。

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二、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作實(shí)施計(jì)劃 www.628tf.com

（一）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的競(jìng)步機(jī)器人的軟硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)：

機(jī)器人軟件設(shè)計(jì)以及硬件設(shè)計(jì)確保機(jī)器人能按照比賽要求運(yùn)作。本次設(shè)計(jì)的競(jìng)步機(jī)器人具有6個(gè)自由度，每條腿具有三個(gè)關(guān)節(jié)。分別是足關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)。機(jī)器人的硬件系統(tǒng)一般由控制系統(tǒng)，檢測(cè)系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)組成。三個(gè)系統(tǒng)各自作用，相輔相成，有助于競(jìng)步機(jī)器人完成比賽的質(zhì)量。

執(zhí)行系統(tǒng)：

競(jìng)步機(jī)器人執(zhí)行系統(tǒng)即競(jìng)步機(jī)器人本體，執(zhí)行系統(tǒng)最重要的是每條腿的三個(gè)關(guān)節(jié)。三個(gè)關(guān)節(jié)是保持競(jìng)步機(jī)器人在比賽過(guò)程中平穩(wěn)走向，并且完成比賽指定動(dòng)作的保證。三個(gè)關(guān)節(jié)的電機(jī)選擇對(duì)于競(jìng)步機(jī)器人的設(shè)計(jì)很重要，電機(jī)選擇的合適與否關(guān)乎競(jìng)步機(jī)器人完成動(dòng)作的質(zhì)量。

控制系統(tǒng)：

機(jī)器人的控制系統(tǒng)控制著機(jī)器人的運(yùn)作。控制系統(tǒng)通過(guò)控制舵機(jī)，決定機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。控制系統(tǒng)給舵機(jī)發(fā)送指令，舵機(jī)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的角度來(lái)控制機(jī)器人的動(dòng)作。

競(jìng)步機(jī)器人的控制系統(tǒng)主要由電源模塊，MCU主控制模塊，232通訊模塊、舵機(jī)控制模塊和舵機(jī)接口模塊組成。

檢測(cè)系統(tǒng)：

本次競(jìng)步機(jī)器人的設(shè)計(jì)沒(méi)有采用傳感器。但是傳感器的運(yùn)用會(huì)使得競(jìng)步機(jī)器人更加智能化，能夠自行調(diào)整比賽過(guò)程中的步態(tài)上的不足。在今后的設(shè)計(jì)中有必要給競(jìng)步機(jī)器人設(shè)計(jì)其檢測(cè)系統(tǒng)。

軟件設(shè)計(jì)：

軟件部分設(shè)計(jì)主要是通過(guò)程序編寫控制競(jìng)步機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。本次設(shè)計(jì)采用我們比較熟悉的C語(yǔ)言編程。

軟件部分設(shè)計(jì)主要是控制競(jìng)步機(jī)器人根據(jù)指令完成比賽規(guī)定的動(dòng)作。每個(gè)動(dòng)作都有相應(yīng)的指令。機(jī)器人做出每個(gè)動(dòng)作，都是通過(guò)舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)完成的。而舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)是由PWM信號(hào)控制的。