基于STM32F407的雙足機器人

趙佩佩 劉程瑞 王可煦 於文祚

摘 要 本系統以STM32單片機為系統的中央控制器，將中央控制器與舵機控制器，舵機，各類傳感設備及受控部件等結合，構成整個雙足行走機器人，達到行走、做動作的目的。單片機中央控制器與舵機控制器以串口通信方式實現。硬件包括舵機控制器，按鍵，各種傳感器和數據采集與處理單元。軟件包括單片機初始化、主程序、信號采集中斷程序、通過串口通訊的接收和發送程序。

關鍵詞 雙足機器人 STM32 串口通信

0引言

在步行方式中兩足步行是最為復雜、自動化水平最高的動態系統。本設計以對兩足行走機器人的行走控制為目的，來研究兩足機器人的行走過程。為實現機器人的穩定行走本系統以STM32單片機為系統的中央控制器，將中央控制器與舵機控制器，舵機，各類傳感設備及受控部件等結合，構成整個雙足行走機器人，達到行走、做動作的目的。

1硬件部分

雙足行走機器人系統其硬件部分主要由五大部分構成：

（1）控制單元。單片機STM32是系統中控制部分關鍵的元件，它與控制單元組成控制部分功能。負責整個機器行動的方式，以及處理外部環境變化的，改變機器人行走路線的任務。

（2）舵機控制模塊。主芯片為單片機STM32，模塊與控制單元進行串口通信從而達到控制信息的傳輸。舵機控制模塊通過接收控制信息來產生控制舵機的PWM波形。從而實現行走控制。

（3）傳感器數據采集系統。利用傳感器采集信息，為機器人提供準確的外部環境數據。控制單元通過接收的外部信息來改變控制信號，來讓機器人產生行動變化。

（4）受控部件。通過控制舵機，通過精確的角度變化讓機器人完成行走的基本目的。其主要受控于舵機模塊。通過PWM進行控制。

（5）支架。組成機器人的軀干，搭載機器人全部電子器件。

2軟件部分

軟件設計設計方案主要由三大部分構成：

（1）主程序設計。接收器將手柄的遙控信號通過串口發送給單片機STM32，然后由單片機對信號進行分析處理后正確識別后執行相應的中斷動作子程序，輸出匹配的舵機控制指令，控制機器人完成相應的姿態動作。

（2）在機器人行進的過程中，使用紅外傳感器對外部環境進行檢測，并將信息傳遞給單片機然后進行處理，并執行相應的舵機控制指令。

（3）在設計動作時，利用串口通信的方式，通過上位機調試每個舵機不同轉動角度并得到對應的指令控制數據，建立數據庫，方便程序調用。

3結語

本系統的核心處理器為給予ARM Cortex-M4內核的STM32處理器，高性能以及低功耗的優點大大提高了系統的可靠性。本設計選擇4自由度機器人作為設計的框架，并在其基礎上進行設計，簡單的4個關節即可實現行走目的，適用性強，易于控制，減少了開發時間。

參考文獻

[1] 張熙婷，胡心悅，陶蕾，張佳寧.雙足步行機器人設計[J].機械研究與應用，2017，30（06）：147-149.

[2] 曾顯武.雙足機器人設計及步態規劃仿真[D].濟南：山東大學，2019.

[3] 戚龍.雙足步行機器人控制系統的開發應用[J].電子世界，2018（23）：161-162.

[4] 查華臣.雙足步行機器人控制系統設計[D].南京：東南大學，2018.