一種雙足搬運機器人的設計

燕居懷 王文強 崔雪梅 狄樂蒙

摘要 雙足搬運機器人因其高度擬人性及靈活性可廣泛應用于兒童玩具、特殊作業及家庭服務等多個場景。本項目完成了一種雙足搬運機器人的結構設計及程序開發。使用Arduino UNO作為控制板，使用舵機作為機器人的執行機構，通過編程來協調控制各舵機的協作，達到協調控制雙腿的步態運動方式的效果。

【關鍵詞】雙足機器人 大舵機 Arduino UNO

1 前言

近年來雙足機器人已經引起世界各國機器人專家的重視。雙足搬運機器人屬于類人機器人的一種，體積較小，擁有避障能力，活動盲區小，環境適應能力強。其主要特點為下肢關節模仿人體腿部的結構，以電機驅動代替肌肉，模仿髖關節、膝關節及踝關節，采用剛性構建連接。雙足搬運機器人的難點在于動力不足及穩定性不高，市面上多采用加大底座的方式提高穩定性，但這種方式嚴重影響了機器人的靈活性。

2 雙足搬運機器人的設計

本項目創新采用大舵機控制，增強了機器人的動力及穩定性，同時如圖1所示，腳踝處舵機采用縱向安裝的方式，增加了機器人的自由度，符合人體工程學特征，整體采用堆疊式安裝方式，提高了機器人的穩定性。平臺頂部裝有機械壁，采用自動抓放控制，可實現簡單的物品拿取及放置，操作簡單，運用靈活。

本項目設計的機器人能通過多種傳感器來感知環境，其中主要使用的是一種近紅外傳感器數字量傳感器，它可以利用紅外線的物理性質來進行測量，檢測傳感器前方是否有物體存在，當前方有物體并且在紅外線反射范圍之內時，傳感器會接收到反射的紅外線，經電路調整后輸出口會輸出低電平;相反在未檢測到傳感器前方有物體時，傳感器輸出口會輸出一個高電平，利用多個傳感器協同工作，主控芯片可根據不同傳感器輸出的電平高低結合測量得到的各個舵機賦值進行邏輯計算并根據程序給出相應的動作指令。實現機器人的閉環控制解決了雙足步行的關鍵技術。傳感器的控制原理圖如圖2所示。

本項目中的程序使用開源電子平臺的Arduino IDE軟件編寫。控制流程如圖3所示。機器人上電后，進行初始化監測，完成后啟動機械臂夾取子程序，等待近紅外傳感器被觸發即確定獲得物品成功，近紅外傳感器觸發后，機器人由直立狀態轉為行進狀態，右腿邁出第一步，完成后左腿跟進，之后左右腿之間進行循環邁步，實現擬人行走，直到檢測位置的近紅外傳感器檢測到終點后被觸發，機器人即停下并調用機械臂放置物品。

3 結語

本項目利用Arduino UNO作為控制板設計了一種多傳感器擬人化雙足行進的機器人，該機器人具有結構簡單，穩定性強，編程簡單，方便完善等特點。

參考文獻

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