四足舞蹈机器人

四足舞蹈机器人01机电一班胡新强,本文所实现的四足机器人，通过一种基于“对角线一致”策略成功地实现了四足机器人的行走，机器人的九个自由度全部由步进电机实现。在软件上利用加速控制思想，从而使机器人的动作更加平滑，结合背景音乐，精确控制机器人的动作，使机器人随着音乐跳舞。,1.引言本文中介绍的机器人是一个四足行走式机器人，外形酷似水母，整个身体由四条腿支撑。四条腿在解决平衡性问题上较容易，只需四点共面即可保持整个机器人的平衡。但机器人在行走时，四条腿之间必然有一个协调配合的问题，只有当四条腿迈步一致时才能保证机器人的身体在一个水平面内，保持它的稳定性。否则要么机器人会倾斜摔倒，要么动作僵硬不够平滑。机器人的上部还有三只手臂，每只手臂有两个自由度，可以在程序的控制下挥动手臂，配合腿完成一定的动作。,为了既能够保持机器人的稳定性，又让它的动作舒缓平滑，我们提出了一种基于“对角线一致”的行走策略：仿照四足动物的行走方式，先左前腿和右后腿同时迈进，接着右前腿和左后腿同时迈进，形成两条交叉的对角线，这样就完成了一个周期的行走动作。以后如此类推。再配合加速电机控制方法，使电机的运转更加平滑，避开其固有的振动。,2.机械实现机器人的整体视图,图一，俯视图,图二，单项轮视图,整个机器人的结构总体上分为上身、腰部和下肢三部分：上身由头部和手臂组成。控制的核心部分-电路板以及电源就装在头部的圆罩中。每只手臂由电机连接的前臂和后臂组成。后臂通过电机固定在机身上。前臂和后臂都能自由活动，作出各种动作。在机器人的表演过程中，起着支撑作用的是腰部在我们的动作设计中，要求机器人腰部可以扭转。为保持旋转的均匀、平衡，必然要求电机轴在底盘的中心，将控制腰部的电机固定在两根穿过有机玻璃盘的长螺丝上。然后在头部底衬盘下对称地安装了三个万向轮，万向轮可以在有机玻璃底板上自由滚动，大大减少了腰部转动地摩擦力。,机器人行走实现的另一个关键问题是腿部，用两个电机就实现了四条腿的驱动难题，如何设计巧妙的机械结构同时带动四条腿，又要使行走平稳，我们动了很多脑筋，做了很多尝试，终于找到一种巧妙的连杆传动装置。（如图3）,图三，机器人的一个行走周期,由上图可见，机器人在行走时，的确是“对角线一致”，这种方法保证了行走的平稳性，使得行走得以实现。实际上，这只需后腿上的两个电机以相同的方向关于竖直线作来回摆动即可。在模拟实际情况腰部、头部重量时，腰部的旋转动作要更为自然、流畅，不会出现因电机带不动而丢步的情况。让机器人行走起来，只是完成了工作的第一步，重要的是如何让九个电机协调一致地配合工作，按照预先设定好的动作翩翩起舞。,3.电路控制电路控制部分是机器人的心脏。驱动电路板主要由主控芯片部分、信号锁存部分、电机驱动部分以及电源稳压部分等组成,一个典型的电机加速驱动过程，其主要的思想是：通过有规律的变化的延时程序来控制送往步进电机的脉冲的快慢，从而使电机得到逐渐加快的脉冲激励，稳定的实现加速过程，而不会出现因为脉冲的陡然加快而抖动的现象。,4.总结通过基于“对角线一致”的行走策略，我们成功地实现四足行走式机器人，并利用我们的电机加速激励的软件控制方法，使机器人能