基于STM32F407的雙足機(jī)器人

趙佩佩 劉程瑞 王可煦 於文祚

摘 要 本系統(tǒng)以STM32單片機(jī)為系統(tǒng)的中央控制器，將中央控制器與舵機(jī)控制器，舵機(jī)，各類傳感設(shè)備及受控部件等結(jié)合，構(gòu)成整個(gè)雙足行走機(jī)器人，達(dá)到行走、做動(dòng)作的目的。單片機(jī)中央控制器與舵機(jī)控制器以串口通信方式實(shí)現(xiàn)。硬件包括舵機(jī)控制器，按鍵，各種傳感器和數(shù)據(jù)采集與處理單元。軟件包括單片機(jī)初始化、主程序、信號(hào)采集中斷程序、通過(guò)串口通訊的接收和發(fā)送程序。

關(guān)鍵詞 雙足機(jī)器人 STM32 串口通信

0引言

在步行方式中兩足步行是最為復(fù)雜、自動(dòng)化水平最高的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)以對(duì)兩足行走機(jī)器人的行走控制為目的，來(lái)研究?jī)勺銠C(jī)器人的行走過(guò)程。為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的穩(wěn)定行走本系統(tǒng)以STM32單片機(jī)為系統(tǒng)的中央控制器，將中央控制器與舵機(jī)控制器，舵機(jī)，各類傳感設(shè)備及受控部件等結(jié)合，構(gòu)成整個(gè)雙足行走機(jī)器人，達(dá)到行走、做動(dòng)作的目的。

1硬件部分

雙足行走機(jī)器人系統(tǒng)其硬件部分主要由五大部分構(gòu)成：

（1）控制單元。單片機(jī)STM32是系統(tǒng)中控制部分關(guān)鍵的元件，它與控制單元組成控制部分功能。負(fù)責(zé)整個(gè)機(jī)器行動(dòng)的方式，以及處理外部環(huán)境變化的，改變機(jī)器人行走路線的任務(wù)。

（2）舵機(jī)控制模塊。主芯片為單片機(jī)STM32，模塊與控制單元進(jìn)行串口通信從而達(dá)到控制信息的傳輸。舵機(jī)控制模塊通過(guò)接收控制信息來(lái)產(chǎn)生控制舵機(jī)的PWM波形。從而實(shí)現(xiàn)行走控制。

（3）傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。利用傳感器采集信息，為機(jī)器人提供準(zhǔn)確的外部環(huán)境數(shù)據(jù)。控制單元通過(guò)接收的外部信息來(lái)改變控制信號(hào)，來(lái)讓機(jī)器人產(chǎn)生行動(dòng)變化。

（4）受控部件。通過(guò)控制舵機(jī)，通過(guò)精確的角度變化讓機(jī)器人完成行走的基本目的。其主要受控于舵機(jī)模塊。通過(guò)PWM進(jìn)行控制。

（5）支架。組成機(jī)器人的軀干，搭載機(jī)器人全部電子器件。

2軟件部分

軟件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)方案主要由三大部分構(gòu)成：

（1）主程序設(shè)計(jì)。接收器將手柄的遙控信號(hào)通過(guò)串口發(fā)送給單片機(jī)STM32，然后由單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析處理后正確識(shí)別后執(zhí)行相應(yīng)的中斷動(dòng)作子程序，輸出匹配的舵機(jī)控制指令，控制機(jī)器人完成相應(yīng)的姿態(tài)動(dòng)作。

（2）在機(jī)器人行進(jìn)的過(guò)程中，使用紅外傳感器對(duì)外部環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)，并將信息傳遞給單片機(jī)然后進(jìn)行處理，并執(zhí)行相應(yīng)的舵機(jī)控制指令。

（3）在設(shè)計(jì)動(dòng)作時(shí)，利用串口通信的方式，通過(guò)上位機(jī)調(diào)試每個(gè)舵機(jī)不同轉(zhuǎn)動(dòng)角度并得到對(duì)應(yīng)的指令控制數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)庫(kù)，方便程序調(diào)用。

3結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)的核心處理器為給予ARM Cortex-M4內(nèi)核的STM32處理器，高性能以及低功耗的優(yōu)點(diǎn)大大提高了系統(tǒng)的可靠性。本設(shè)計(jì)選擇4自由度機(jī)器人作為設(shè)計(jì)的框架，并在其基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)單的4個(gè)關(guān)節(jié)即可實(shí)現(xiàn)行走目的，適用性強(qiáng)，易于控制，減少了開發(fā)時(shí)間。

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