一款基于ARM的多自由度人形教育機器人控制系統(tǒng)的設計

作者：席東河申一歌杜娟高吉珍時間：2014-12-29 來源：電子產(chǎn)品世界

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編者按：　　摘要：針對以往教育機器人自由度少、控制不靈活、教育功能弱的缺點，使用高集成度ARM芯片設計了一個簡潔的17自由度人形機器人控制系統(tǒng)。規(guī)劃了機器人的軟硬件結(jié)構(gòu)，設計了控制電路和驅(qū)動系統(tǒng)，采用1個定時器產(chǎn)生17路PWM驅(qū)動信號。重點以實例講解了波形產(chǎn)生及驅(qū)動函數(shù)的編寫方法和技巧。設計的機器人能夠完成整套體操運動。這種方法在多自由度機器人操控和教學中具有廣泛的借鑒意義。　　1 系統(tǒng)方案設計　　人形機器人控制系統(tǒng)包括機器人控制器和機器人遙控器兩部分。其中控制器以飛利浦公司的ARM7處理器為核心，包含1

　　最后將控制器與7.2V電芯并列裝配到鋁合金外殼中，作為機器人的軀體，同時作為運動平衡的重心，良好的布局對機器人的運動至關(guān)重要^[4]。

本文引用地址：http://www.2s4d.com/article/267427.htm

　　考慮到人形機器人的自重和動作力度，設計采用FUTABA系列產(chǎn)品中的S3050大力矩車用、船用競賽型金屬齒輪數(shù)字舵機，如圖3(b)所示。該舵機自重48.8克，尺寸小，在6V電壓下工作，能夠達到0.16秒/60度的轉(zhuǎn)速，力矩大小為6.5千克/厘米。

　　17個舵機按照前述的分組和人體關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)對稱排列布局，頭部1個舵機，左右胳膊各3個舵機，分別做為肩、肘、腕關(guān)節(jié)，左右腿各5個舵機，分別為髖關(guān)節(jié)的左右運動1個、前后運動1個、膝關(guān)節(jié)1個、踝關(guān)節(jié)前后運動1個、左右運動1個，其中2個肩關(guān)節(jié)舵機和2個髖關(guān)節(jié)的左右運動的舵機，上下左右對稱緊湊安裝，作為身體的一部分，所有其他舵機使用鋁合金支撐固定成緊湊的人形結(jié)構(gòu)^[5]。

　　3 軟件設計

　　軟件設計主要包含軟件架構(gòu)設計、程序流程設計和驅(qū)動控制函數(shù)的設計。

　　3.1 軟件架構(gòu)

　　該人形機器人控制系統(tǒng)原理是：當機器人控制器接收到遙控器發(fā)出的指令后，ARM處理器根據(jù)指令要求，將要執(zhí)行的動作參數(shù)分解成一系列寬度不等的PWM信號，并通過驅(qū)動電路輸出到舵機接口，外部舵機根據(jù)占空比不同的PWM信號轉(zhuǎn)動相應的角度，多個舵機不同的轉(zhuǎn)動角度構(gòu)成了不同的機器人瞬時動作，多個動作連貫執(zhí)行就完成與外部命令相應的響應動作。軟件架構(gòu)如圖4所示。本文主要對關(guān)鍵驅(qū)動函數(shù)進行說明。

　　3.2 舵機驅(qū)動程序設計

　　驅(qū)動脈沖與舵機轉(zhuǎn)動角度如表1所示，不同的高電平時間對應著舵機不同的輸出位置。因此可以使用LPC2114內(nèi)部定時器模擬出17路以20ms為周期、高電平寬度與位置時序?qū)?a class="contentlabel" href="http://www.2s4d.com/news/listbylabel/label/PWM">PWM波形，來分別驅(qū)動控制17個舵機轉(zhuǎn)動的角度，配合完成機器人的相關(guān)動作^[6]。