随着仿生学、微电子机械系统技术(MEMS)、高密度信息处理技术和集成控制技术的飞速发展,微小型仿生机器人以其隐蔽性强、功耗小、成本低廉、便于部署的优点正日益成为军用机器人研究热点。本课题来源于国家自然科学基金项目“两栖仿生机器蟹基础技术研究”,希望建立一个对复杂地形高度适应、性能可靠、体积小巧、并具有两栖环境下活动能力的小型移动机器人平台。 本论文主要研究内容包括仿生机器蟹的总体方案设计、机械机构和驱动控制层的设计的实现及其功能的验证。依据系统总体方案,重点对总体机械结构、运动学动力学分析、基于ARM处理器和MSP430单片机的运动控制系统等内容开展了研究。 1.改进以往的设计方案的不足,设计了全新的仿生机器蟹方案并对其机构模型进行了运动学和动力学的分析;制定了以具有ARM7内核的SW4480为核心的协调控制层和以MSP430f1222为核心的驱动控制层的双层控制方案;围绕MSP430f1222单片机和电机驱动芯片L6201(Power)设计了电机驱动器以及相关接口电路。 2.在运动学与动力学分析中,建立了单步行足的运动学方程,并给出其正解和反解;通过雅可比矩阵对步行足的进行了速度分析和力分析;建立了单步行足的动力学方程;对于双四足步态下仿生机器蟹形成的并联机构进行了分析和探讨。 3.在以MSP430f1222为核心的驱动控制层的设计中,包含MSP430单片机最小系统、电机编码器信号处理、关节电位计信号处理、压力量力传感器A/D转换等软硬件模块。并采用RS485总线作为仿生机器蟹系统协调控制层和驱动控制层之间数据交换的载体。 完成的单步行足的安装调试工作,通过单步行足实验验证了软硬件设计的可行性,并在此基础上对系统进行了近一步的完善。