教學型雙足步行機器人的結構及其控制電路設計

趙瑞林+盧慶林+張順星

收稿日期：2013-06-11

基金項目：陜西省教育廳2013年自然科學專項科學研究項目（2013JK1088）

作者簡介：趙瑞林(1976—)，男，陜西寶雞人，副教授，碩士，研究方向：控制工程與控制理論。

文章編號：1003-6199(2014)02-0073-04

摘 要：教學型雙足機器人的研究制作是桌上型的重量很輕的作實驗用的小型雙足步行機器人。研究舵機的驅動控制方法、框架的設計以及制作能通過伺服電機控制運動的一種經濟型的雙足步行機器人。用單片機與CPLD控制伺服電機，通過預先給定機器人各個部位的運動軌跡，運算確定好各關節的旋轉角度及控制系統的控制算法，以實現機器人的實際行走過程。

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關鍵詞：雙足機器人；控制系統；硬件結構；電路設計

中圖分類號：TP24文獻標識碼：A

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Bipedal Walking Robot Teachingoriented Structure and Control Circuit Design

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ZHAO Ruilin，LU Qinglin，ZHANG Shunxing

(College of Electrical Engineering,Shannxi Poletechnic Institute，Xianyang,Shannxi 712000,China)

Abstract:Teachingoriented research biped robot is made of very light weight desktops to experiment with a small bipedal walking robot. Studied the servo drive control method, the framework design and production of a servo motor control movement through an economical bipedal walking robot. MCU and CPLD control servo motor, given in advance through various parts of the robot trajectory calculation to determine a good rotation angle of each joint control algorithms and control systems in order to achieve the actual robot during walking.

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Key words:biped Robot；control systems；hardware structure；circuit design

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1 引 言

雙足步行是步行方式中自動化程度最高、最為復雜的動態系統。雙足步行系統具有非常豐富的動力學特性，對步行的環境要求很低，既能在平地上行走，也能在非結構性的復雜地面上行走，對環境有很好的適應性，與其它足式機器人相比，雙足機器人具有支撐面積小，支撐面的形狀隨時間變化較大，質心的相對位置高的特點，是其中最復雜，控制難度最大的動態系統。但由于雙足機器人比其它足式機器人具有更高的靈活性，因此具有自身獨特的優勢，更適合在人類的生活或工作環境中與人類協同工作，而不需要專門為其對這些環境進行大規模改造。

2 雙足步行機器人自由度的確定

雙足步行機器人的機構是所有部件的載體，也是設計雙足步行機器人最基本的和首要的工作。……