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仿生多足机器人相比轮式,履带式移动机器人,有着更好的环境适应能力,尤其是在非结构环境中表现特别突出。而一个仿生机器人要获得良好的性能,它的系统控制平台的好坏起着相当大的作用。该平台主要负责控制机器人关节的运动,并且通过协调关节之间的运动来实现整个机器人的运动。本文主要是以仿生六足机器人为研究对象,围绕着仿生机器人的嵌入式平台设计展开研究,涉及到仿生六足机器人的总体方案设计和控制系统设计。本论文主要包括以下方面:
借鉴国内外多足机器人研究成果以及仿生机器人项目经验,本文制定了仿生六足机器人控制系统方案,并提出了该控制系统的硬件和软件方案。在此基础上,根据仿生多足机器人的机构特点,采用积木式机器人模块,搭建仿生六足机器人。该机器人由舵机,传感器,嵌入式平台等模块组成,通过总线将各个模块连接,并最终连接到嵌入式平台。嵌入式平台在原有的软硬件基础上,通过串口通信来控制总线上舵机等模块。系统的整体设计采用模块化设计,目的是系统随控制精度的降低而提高控制智能程度。
机器人的嵌入式平台设计主要包含硬件,软件两部分。嵌入式平台的硬件主要包括ARM7芯片的最小系统,串口通信电路,无线模块等。该平台与舵机等模块通过串行接口相连接,所有模块都采用半双工通信模式电路。在硬件平台设计中,使用芯片片内flash作为数据存储器,用来存储机器人运动中的数据。
根据仿生六足机器人性能的总体要求,采用了具有三层抽象特点的软件体系结构,即应用层,自定义层,硬件相关昊。整体构架为系统控制提供了很好的模块化支持,也增强了系统的可移植性。本文主要完成自定义层,包括串行总线通信模块,PC通信模块,内部存储模块,无线模块等等。其中,串行总线通信模块根据通信协议来配置和协调机器人的各个关节。
在完成上述工作的基础上,进行了仿生六足机器人的样机的测试,包括单个关节通信数据以及控制,多关节协调。此外对仿生六足机器人的步态进行测试和验证。