華北五省機器人大賽_六足蜘蛛機器人項目申報書_2(1)

1、.2014中北大學(xué)華北五省(市、自治區(qū)）機器人大賽項目申報書項目名稱 六足蜘蛛機器人 項目負責(zé)人 葉波 所屬單位 機械與動力工程學(xué)院 指導(dǎo)教師 參賽類型 機器人創(chuàng)新設(shè)計 起止時間 2014·52014·10 中北大學(xué)教務(wù)處申報人基本情況姓 名葉波性別男出生年月1994·12·23學(xué) 院機械與動力工程班級12020142聯(lián)系電報項目類別機器人創(chuàng)新設(shè)計項目組成員姓名學(xué)院班級聯(lián)系方式 丁劍秋機電工程學(xué)院1201074218335163563王飛虎機電工程學(xué)院120104431523532445程少東機械與動力工程學(xué)院120101431

2、8335160250張金時計算機與控制工程學(xué)院1307054118435133360指導(dǎo)教師（根據(jù)項目要求填）基本情況姓名最高學(xué)歷/學(xué)位職稱所在單位聯(lián)系方式Email近5年（20102014年）承擔(dān)科研項目、及成果序號項目名稱/來源/起止時間/排名經(jīng)費(萬元)項目名稱六足蜘蛛機器人申報經(jīng)費(元)1940是否有依托項目無依托項目名稱項目背景 面對地形不規(guī)則和崎嶇不平的路況，輪式機器人和履帶式機器人的應(yīng)用受到了許多限制。以往的的研究表明輪式移動方式在平坦的地形上行駛時，具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢運動速度迅速、平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)和控制也較簡單。但在不平地面上行駛時，能耗將大大增加，而在松軟的地面或嚴重崎嶇不平的地勢上，

3、車輪的作用也將嚴重喪失移動的效率。為了改善輪子對松軟地面和不平地面的適應(yīng)能力，履帶式移動方式應(yīng)用而生但履帶式機器人在不平的地面上的機動性仍然很差，行駛時機身晃動嚴重。與輪式、履帶式移動機器人相比，在崎嶇不平的路面步行機器人具有獨特優(yōu)越性能在這種背景下多足步行機器人的研究蓬勃發(fā)展起來。而仿生步行機器人的出現(xiàn)更加顯示出步行機器人的優(yōu)勢。多足步行機器人的運動軌跡是一系列離散的足印運動時只需要離散的點接觸地面對環(huán)境的破壞程度也較小，可以在到達的地面上選擇最優(yōu)的支撐點對崎嶇地形的適應(yīng)性強。正因為如此多足步行機器人對環(huán)境的破壞程度也小。輪適和履帶式機器人則是一條條連續(xù)的撤跡。崎嶇地形中往往含有巖石、泥土、

4、沙子甚至峭壁和陡坡等障礙物可以穩(wěn)定支撐機器人的連續(xù)路徑十分有限，這意味著輪式和履帶式的機器人在這種地形已經(jīng)不適用。多足機器人的腿部具有多個自由度使運動的靈活性大大增加。它可以通過調(diào)節(jié)腿的長度保持身體水平也可以通過調(diào)節(jié)腿的伸長程度調(diào)整重心的位子因此不易翻倒穩(wěn)定性更高。當(dāng)然多足步行機器人也存在一些不足之處。比如為使腿部協(xié)調(diào)穩(wěn)定運動從機械結(jié)構(gòu)設(shè)計到控制系統(tǒng)的算法都比較復(fù)雜相比自然節(jié)的節(jié)肢動物仿生多足步行機器人的機動性還有很大的差距內(nèi)容描述本課題對仿生式六足機器人的研究設(shè)計主要包括機器人的構(gòu)型，步態(tài)原理以及規(guī)劃直線行走和定點轉(zhuǎn)彎步態(tài)。在理想架構(gòu)設(shè)計中，我們借鑒了自然界昆蟲的身體結(jié)構(gòu)，使得機器人的腿部結(jié)

5、構(gòu)盡量簡化，這樣可以避免不必要的關(guān)節(jié)和傳動裝置，減少控制的復(fù)雜性，同時用料節(jié)省并且設(shè)計美觀。對于不同的路況設(shè)計了不同的步態(tài)方式，使得機器人可以在更好的滿足運動任務(wù)的同時可以更多的降低能耗，從而延長其工作時間。為了使機器人能夠完成更多方便的工作，在機器人前部增加一個微型攝像頭，在不影響其正常功能的前提下，使其能夠完成追蹤和拍攝細微場景的工作任務(wù)。此外我們會在機器人中安裝距離傳感器，這可用于機器人的導(dǎo)航和越障，也可達到進行定位的效果。實現(xiàn)原理 作品主要是采用了Cypress公司的CY8C3866AXI-040芯片為控制核心，制作了一系列的對六足機器人的控制方式。其中機器人主體應(yīng)用了該芯 片多達19

6、路的PWM輸出對伺服電機進行合理控制并完成相應(yīng)動作，機器人控制終端部分我們采用了該芯片的電容觸摸感應(yīng)模塊、ADC采 集模塊、SPI模塊、UART模塊功能制作了手持的多功能無線遙控裝置。另外我們還采用了無線路由傳輸數(shù)據(jù)的方式，通過采集安置于機器人上的攝像頭圖像的 方式對該機器人進行遠程控制，分別可以采用PC上位機和android上位機進行控制六足機器人以CY8C3866AXI-040芯片為控制核心采用了19個小型的舵機作為機器人運動裝置。電路控制方案上我們采用了，共用了19路PWM輸出控制19個舵機的運動。還應(yīng)用了該芯片的UART功能跟藍牙模塊通訊，跟路由通訊。六足機器人控制板可以分為電源模塊、

7、步進電機驅(qū)動電路模塊、通訊模塊和MP3模塊，同時六組機器人還搭載攝像頭模塊。電源模塊分為 兩部分，分別為步進電機供電電源和控制板供電電源，采用兩個電源可以有效的減小電機對控制板上芯片的干擾;步進電機驅(qū)動電路模塊主要由PSOC最小系統(tǒng)板 組成;通訊模塊包括藍牙模塊和路由器模塊電池為TPS5430供電，TPS5430是DCDC電源芯片，能提供3安培的電流輸出，可以滿足除步進電機以外其他部分的供電要 求，PSOC芯片采用5伏供電，而藍牙模塊使用3.3伏供電，所以使用LM1117將5伏轉(zhuǎn)為3.3伏。而19路步進電機的供電則采用購買的電源模塊，能 夠提供8安培的持續(xù)電流，滿足電機的供電要求。步進電機控制

8、模塊步進電機控制電路以PSOC最小板為核心，利用PSOC可編程的優(yōu)點，在PSOC Creator中調(diào)用PWM、Timer和UART等模塊，對個模塊進行配置，由于有19路步進電機，所以使用10個PWM模塊，每個模塊對應(yīng)兩個步進電 機，能夠很方便的對步進電機進行控制。UART模塊主要用來與藍牙、路由器和MP3進行通信。通信模塊和MP3模塊通信模塊主要是藍牙和路由器模塊，其中藍牙模塊主要用于和控制板進行通信，接受控制板的控制指令，而路由器模塊構(gòu)建一個局域網(wǎng)，實現(xiàn)將攝像頭采集的信息發(fā)送到電腦終端，另一方面利用局域網(wǎng)實現(xiàn)android設(shè)備對六足機器人的控制，實現(xiàn)控制的多樣化。MP3模塊主要用于實現(xiàn)六足機

9、器人的語音應(yīng)答功能，在語音控制模式下實現(xiàn)六足機器人與控制者的互動，同時具備娛樂，播放音樂等功能Android客戶端程序Android客戶端程序的控制界面和設(shè)置界面如圖3.1所示，控制界面用于顯示六足機器人上的攝像頭視頻流，android程序主要由以下幾個難點：3.1 WIFI網(wǎng)絡(luò)連接網(wǎng)絡(luò)連接主要是通過Socket與六足機器人進行連接，然后進行通信，3.2 攝像頭視頻數(shù)據(jù)顯示攝像頭視頻數(shù)據(jù)顯示需要不停地獲取攝像頭的大量數(shù)據(jù)并且畫在畫布，并且不停的更新，四、C#客戶端程序4.1 WIFI網(wǎng)絡(luò)連接網(wǎng)絡(luò)連接主要是通過Socket與六足機器人進行連接，然后進行通信4.2 攝像頭視頻數(shù)據(jù)顯示攝像頭包括顯示

10、視頻、保存視頻和截取視頻等操作實現(xiàn)方案1、 電源設(shè)計方案。采用兩個7.6V的大容量電池供電分別對控制板和舵機供電2、 當(dāng)處于觸摸控制模式時，左側(cè)為帶基本功能控制的四個工作觸摸按鍵和一個模式切換鍵，右側(cè)的觸摸滑調(diào)主要是用來控制六足機器人行動的速度，兩列的LED為速度指示燈。當(dāng)處于加速度控制模式時，向前傾斜為前進，向前傾斜并向左傾斜便是左轉(zhuǎn)，向左90°豎立是左移，其他動作依次類推。同時LED會根據(jù)當(dāng)前加速度采集量進行亮滅控制，用來表示當(dāng)前速度。當(dāng)處于語音控制模式時，我們可以控制六足機器人的動作。我們設(shè)置的指令有：“小寧前進”、“下一曲”等等3、 平臺是PSOC開發(fā)板(以CY8C3866AXI-040芯片為控制核心)經(jīng)費使用計劃序號項目單價（元）數(shù)量費用（元）1舵機23225602PVC線槽一些303單片機芯片3541404鋰電池14022805充電器501506電路板一批1007機械加工工具一批1508CY8C3866AXI-040芯片13011309無線攝像頭290129010三軸加速度傳感器3513511語音芯片100110012芯片74HC595531513附加零件60合計1940預(yù)期效果六足機器人步態(tài)靈活，能夠?qū)崿F(xiàn)實時的圖像采集;同時搭載路由器、藍牙模塊等通訊設(shè)備，實時傳送所采集的數(shù)據(jù);增加語音識別模塊，