一種雙足搬運機(jī)器人的設(shè)計

燕居懷 王文強(qiáng) 崔雪梅 狄樂蒙

摘要 雙足搬運機(jī)器人因其高度擬人性及靈活性可廣泛應(yīng)用于兒童玩具、特殊作業(yè)及家庭服務(wù)等多個場景。本項目完成了一種雙足搬運機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計及程序開發(fā)。使用Arduino UNO作為控制板，使用舵機(jī)作為機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過編程來協(xié)調(diào)控制各舵機(jī)的協(xié)作，達(dá)到協(xié)調(diào)控制雙腿的步態(tài)運動方式的效果。

【關(guān)鍵詞】雙足機(jī)器人 大舵機(jī) Arduino UNO

1 前言

近年來雙足機(jī)器人已經(jīng)引起世界各國機(jī)器人專家的重視。雙足搬運機(jī)器人屬于類人機(jī)器人的一種，體積較小，擁有避障能力，活動盲區(qū)小，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。其主要特點為下肢關(guān)節(jié)模仿人體腿部的結(jié)構(gòu)，以電機(jī)驅(qū)動代替肌肉，模仿髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)及踝關(guān)節(jié)，采用剛性構(gòu)建連接。雙足搬運機(jī)器人的難點在于動力不足及穩(wěn)定性不高，市面上多采用加大底座的方式提高穩(wěn)定性，但這種方式嚴(yán)重影響了機(jī)器人的靈活性。

2 雙足搬運機(jī)器人的設(shè)計

本項目創(chuàng)新采用大舵機(jī)控制，增強(qiáng)了機(jī)器人的動力及穩(wěn)定性，同時如圖1所示，腳踝處舵機(jī)采用縱向安裝的方式，增加了機(jī)器人的自由度，符合人體工程學(xué)特征，整體采用堆疊式安裝方式，提高了機(jī)器人的穩(wěn)定性。平臺頂部裝有機(jī)械壁，采用自動抓放控制，可實現(xiàn)簡單的物品拿取及放置，操作簡單，運用靈活。

本項目設(shè)計的機(jī)器人能通過多種傳感器來感知環(huán)境，其中主要使用的是一種近紅外傳感器數(shù)字量傳感器，它可以利用紅外線的物理性質(zhì)來進(jìn)行測量，檢測傳感器前方是否有物體存在，當(dāng)前方有物體并且在紅外線反射范圍之內(nèi)時，傳感器會接收到反射的紅外線，經(jīng)電路調(diào)整后輸出口會輸出低電平;相反在未檢測到傳感器前方有物體時，傳感器輸出口會輸出一個高電平，利用多個傳感器協(xié)同工作，主控芯片可根據(jù)不同傳感器輸出的電平高低結(jié)合測量得到的各個舵機(jī)賦值進(jìn)行邏輯計算并根據(jù)程序給出相應(yīng)的動作指令。實現(xiàn)機(jī)器人的閉環(huán)控制解決了雙足步行的關(guān)鍵技術(shù)。傳感器的控制原理圖如圖2所示。

本項目中的程序使用開源電子平臺的Arduino IDE軟件編寫。控制流程如圖3所示。機(jī)器人上電后，進(jìn)行初始化監(jiān)測，完成后啟動機(jī)械臂夾取子程序，等待近紅外傳感器被觸發(fā)即確定獲得物品成功，近紅外傳感器觸發(fā)后，機(jī)器人由直立狀態(tài)轉(zhuǎn)為行進(jìn)狀態(tài)，右腿邁出第一步，完成后左腿跟進(jìn)，之后左右腿之間進(jìn)行循環(huán)邁步，實現(xiàn)擬人行走，直到檢測位置的近紅外傳感器檢測到終點后被觸發(fā)，機(jī)器人即停下并調(diào)用機(jī)械臂放置物品。

3 結(jié)語

本項目利用Arduino UNO作為控制板設(shè)計了一種多傳感器擬人化雙足行進(jìn)的機(jī)器人，該機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性強(qiáng)，編程簡單，方便完善等特點。

參考文獻(xiàn)

[1]祁樂，閆繼宏，朱延河等.小型雙足步行機(jī)器人的研制[J]，機(jī)械工程師，2006 （11）.

[2]劉莉，汪勁松等.THBIP-I擬人機(jī)器人研究進(jìn)展[J].機(jī)器人，2002 （05）：263.