机器人技术,综合机械设计、材料学、电路电子、伺服驱动、计算机科学、自动控制、通信等前沿学科与技术,是众多重要学科的综合实验平台。本论文以体操机器人设计为切入点,系统地阐述体操机器人机械设计、电路设计、嵌入式控制软件设计及上位机编程软件设计等各个环节,为机器人的研究及NXP微控制器的使用提供良好的参考,为图像识别、机器学习等算法的研究提供良好的实验平台。首先介绍当前各类关节型机器人的发展现状,深入了解其性能及特点。针对体操机器人竞赛的要求,研究常见的体操机器人的结构及控制特点,选用总线舵机作为动力元件,并搭建实验平台分析总线舵机性能特点,TS-315总线舵机角位移误差在1.8°以内,没有加速度冲击和速度超调。通过SolidWorks设计体操机器人机械结构并通过Altium Designer09设计其硬件电路。选用恩智浦的KE15Z系列微控制器,设计其核心电路及外围电路,包括电源电路、MOS管开关电路、ZigBee串口通信电路、舵机驱动电路、模数转换电路、EEPROM外存储器电路等。其次设计体操机器人控制系统嵌入式软件及上位机动作编程软件。根据体操机器人控制要求及硬件电路特点,设计KE15Z微控制器主程序、ADC中断服务程序、外存储器相关程序、舵机驱动程序、定时器中断服务程序、ZigBee通信程序等,采用串口状态机机制完成串口数据的接收与校验,实现对体操机器人多路舵机位置、速度及延时的控制。结合嵌入式控制系统的功能及接口,在Qt集成开发环境中设计体操机器人上位机动作编程软件,简化用户对机器人动作编程的过程。经过测试,上位机软件通过虚拟串口与串口通信助手通信测试误比特率为0,通过ZigBee与KE15Z微控制器通信的误比特率低于0.5%。最后基于体操机器人的基础平台,调试体操机器人硬件电路、嵌入式软件及上位机动作编程软件,实现既定的前滚翻、后滚翻、侧翻等基本动作,并为KE15Z微控制器的使用留下了宝贵的参考资料及编程经验。在上位机与下位机联合调试之后,通过串行通信接口将动作编码下载到嵌入式控制系统中,达到预期效果。但是此次体操机器人的设计中并未加入机器学习、语音识别等智能技术,应该在未来体操机器人不断升级中引入最新技术成果。