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一起来玩双足机器人吧!
发表日期:2011-05-27 11:05:55 来源:《无线电》杂志 作者:孟庆彪 【 】 浏览:23429次 评论:0

     对于双足机器人,相信很多人都比较熟悉,大家在各种各样的比赛中看到的人形机器人、各种仿生结构的机械腿等,里面都包含双足机器人方面的东西。但是实际上,双足机器人相对于其他类型的机器人起步较晚,这方面的初期研究始于20世纪60年代,在20世纪90年代前尽管受到当时的微电子和计算机技术的限制,还是有很多人做出了杰出的工作。比如南斯拉夫学者Vukobratovic等人提出的零力矩点(ZMP)理论,早稻田大学在1973年研制成功的WABOT-1,加藤实验室在1980年推出的WL-9DR双足步行机器人,还有Takanishi等人在1985年研制的WL-10RD与在1993年研制的WL-12系列等。
     进入90年代后,随着微电子和计算机技术的迅猛发展,仿人机器人技术获得了突破性的进展,机器人变得更加智能化,功能更加多样化。本田公司研制的P2机器人和闻名全球的ASIMO机器人,还有?Boston公司的双足机器人Petman等,都是很好的代表。
  虽然个人爱好者目前很难直接接触到上面提到的那些非常先进的机器人,但是这并不能阻挡我们对机器人技术的热爱。千里之行始于足下,我们可以先从最简单的双足机器人套件玩起,了解基本原理和编程方法,将来再设计更复杂的机器人也不是不可能的。
  
  
    图1所示就是DFrobot出品的ROB0051的所有机械零件和舵机啦:

图1

零件列表

装配过程
  对于整体的装配,我采用的是自下而上的顺序。装配时,每一个关节我都是把舵机留到最后才装,如果先把舵机装到舵机支架里的话,有很多螺丝会没办法拧进去。
1.已经安装了舵机支架和U型支架的脚板。
  
  
2.接着就是装舵机了。在装舵机的时候,我发现一个小小的问题,就是固定足部的两个DF15MG舵机舵盘的自攻螺丝太长,按照说明书中的方法安装,自攻螺丝会顶到舵机,引起舵机外观或者硬件的损伤,所以我采用了把橡胶套垫在U型支架和圆舵盘之间的安装方法。

  
3.当我把舵机装进去后,我就发现忽略了一个很重要的问题,那就是舵机的角度。因为DF15MG和DF05BB舵机的可控角度在-90°~90°,安装时,舵机角度最好在0°附近,这样双足可以做出更加协调和平衡的动作。而我装上去的显然不是这样——踝关节只能向其中一边运动40°左右……所以我不得不拆掉,重新安装了一次。
  

4.接着就是膝关节了。在装膝关节的时候,那两个L型支架就开始派上用场。我没有把L型支架直接安装到踝关节上,而是先把它装到了膝关节的舵机支架上。然后才把脚板和膝关节的整个支架连接上。


5.把舵机装上后,一条小腿就完成了。膝关节和大腿由于用的是DF05BB舵机,固定用的自攻螺丝不长,所以按照说明书中的方法安装就可以。

6.按照相同的顺序,把另外一条小腿也装好

7.接下来就是大腿了,我还是先把舵机支架和U型支架连起来再把它连接到小腿,最后装舵机。


  
8.把控制板支架和控制板装上后,整个双足机器人的机械部分就完成了。
  
  
如何让双足机器人行走起来
   机械部分安装完成后,接下来就是搞控制部分,让它走起来。控制部分我用的是DFrobot 的32路舵机控制板,这款舵机除32路数字I/O口外,还包括一个支持蓝牙和APC220无线通信的扩展口,所以我决定让它脱机运动。至于它的步态,我首先用USBSSC32这款软件调试了双足的动作(具体的步态会在程序中说明),然后用蓝牙模块让双足机器人和Arduino之间进行无线通信,进而达到让双足机器人脱机工作的目的。
  图2就是调试软件的控制界面,很简洁,控制、保存等功能一目了然。话说动作调试可真是一个考验耐心的活,得一遍一遍地试验,一次一次地改写数据,最终才能拿出一个比较好的角度。
  


图2 调试软件界面
  

图3 Arduino、蓝牙模块和双足
  
控制程序
  烧写到Arduino里的程序如下(每一个动作都是在600ms内完成的)。程序看上去很简单,因为原理也很简单,就是把调试好的角度、运行时间等数据烧到控制板里,然后让单片机对这些数据直接读取、执行。
  为了让其协调地行走,一个完整的步态被分为了6个动作:①重心右移,②抬左脚,③放左脚,④重心左移,⑤抬右脚,⑥放右脚。循环执行这些动作,就可以实现持续行走了。
  当然,在用蓝牙控制双足机器人之前,是要对蓝牙进行配对的,其过程在此略去不表。
  
  
  void Ready()            //初始化函数,初始化到站立姿势
  {
    Serial.println("#0 P1260 #1 P1508 #2 P1492 #3 P1198 #4 P1756 #5 P1415");
    delay(2000);
     }
  void setup()
  {
    Serial.begin(9600);
    Ready();
     }
  void loop()
  {
    Serial.println("#0 P826 #1 P1508 #2 P1492 #3 P919 #4 P1756 #5 P1415 T600");//重心右移
    delay(400);
    Serial.println("#0 P981 #1 P1167 #2 P1151 #3 P919 #4 P1756 #5 P1415 T600");//抬左脚
    delay(400);
    Serial.println("#0 P1260 #1 P1167 #2 P1151 #3 P1198 #4 P1415 #5 P1071 T600");//放左脚
    delay(400);
    Serial.println("#0 P1539 #1 P1172 #2 P1151 #3 P1609 #4 P1415 #5 P1071 T600");//重心左移
    delay(400);
    Serial.println("#0 P1539 #1 P1508 #2 P1492 #3 P1477 #4 P2097 #5 P1756 T600");//抬右脚
    delay(400);
    Serial.println("#0 P1260 #1 P1849 #2 P1833 #3 P1198 #4 P2097 #5 P1756 T600");//放右脚
    delay(400);
       }
  
思路扩展——双足机器人还能做什么
  可能有人会说,双足机器人只是被动地执行控制板里的程序,只会这样行走,未免太单调了。其实我们还可以继续对其进行扩展,例如让它拐弯。为了能让它拐弯,我们只需要对上面的程序稍微修改一下就可以。把左脚和右脚跨步的距离设定出一定的步差,由于两脚步长不一样,就会在走的过程中实现拐弯效果。你还可以给它加一个陀螺仪,根据陀螺仪反馈的信息,可以实现自主行走。你甚至可以给它加一个视觉系统等,让它变成你的“侦察兵”。总之,尽情发挥你的想象力,你就可以利用简单的套件做出很酷的作品。
  
套件销售

人型机械腿机械套件,590元
6个 DF05BB舵机 59×6=354
USB 32路舵机控制板 1只  255
5号5节电池  50元
智能充电器      90元
USB线        5
合计 1344元

全套1399元 http://item.taobao.com/item.htm?id=10460138162&frm=

只有机械腿部分,不含舵机、控制板、电池等 590元  http://item.taobao.com/item.htm?id=10459982676&frm=

 


    
  
  

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