仿生6足爬行机器人的研究.pdfVIP

仿生 6足爬行机器人 的研究 赵迎春 营1：7职业技术学院 营口 115000 摘 要：基于仿生学原理，设计了仿生6足爬行机器人系统，该系统采用 PLC和单片机联合控制及关节型 18个自由度的伺服机构，实现了闭环控制的反馈检测。无论地面状况如何，该系统都能够选择合适的步态，合 理规划行走轨迹，实现避障越障功能，具有较高的灵活性、可靠性和较好的适用性。 关键词：仿生6足爬行机器人；PLC；伺服机构；闭环；轨迹 中图分类号：TP242．3 文献标识码：A 文章编号：1001—0785(2011)10—0067—03 Abstract：Based on the principle of bionics，the paper designs hexapod walking bio-robot system which is jointly controlled by PLC and microprocessor，and consists of a 1 8 degrees of freedom servo mechanism，achieving the closed—loop control feedback testing．No mater how the situation on the ground，the system can select the appropriate gait and reasona— bly plan the walking track to avoid obstacles，and the system is of hi gh flexibility，reliability and good applicability． Keywords：hexapod walking bio—robot；PLC；sen，o—mechanism；closed—loop；track 0 引言 仿生机器人是指模仿自然界中生物的外部形 状、精巧结构、行为方式和运动机理等的机器人 系统⋯，能适应特定的自然环境并从事具有生物 特点的工作。仿生 6足爬行机器人是一种基于仿 生学原理设计的新型足式机器人，它采用仿蜘蛛 类节肢动物的爬行机构进行运动，具有丰富的动 力学特性。仿生6足爬行机器人比传统的轮式机 器人有更好的移动性，可以轻易地跨过较大的障 碍，可以探索轮式机器人无法到达的领域。同时， 它具有很强的灵活性 ，它的立足点是离散的，跟 地面的接触面积较小，可以在地面上选择最优支 撑点，即使在表面极度不规则的情况下，通过严 格选择足的支撑点，也能够行走 自如 J。此外， 它还具有很高的可靠性，足式机器人具有冗余的 自由度，即使个别自由度损坏，也不会影响整体 的动作。上述这些特点，使仿生 6足爬行机器人 更能胜任管道监测、冰下搜寻、野外侦查 以及太 空探测等对独立性、可靠性要求较高的工作 J。 为了适应越来越多的非结构环境下的工作，足式 机器人正 日益成为机器人技术领域的研究热点 ]。 l 系统概述 所述的仿生 6足爬行机器人是研究步态行走 《起重运输机械》 2011(10) 的仿真机器人，它由 18个伺服电机操控 6组相同 的足关节，每足有平面旋转及垂直提升2个 自由 度，另外 ，每足的膝盖上有 1个 自由度，共3个 自 由度。此结构可使各足关节独立地在其可达到领 域的三维空间中任意选择落足点，使整机具有很 强的地面适应能力 J。通过对 18个伺服电机的精 确控制，可模拟研究 6足蜘蛛类节肢动物的行走 步态，自动完成前进、后退、左转、右转、左移、 右移、复位等动作。机器人要完成 1个连贯的动 作，需由若干个不同时刻的姿势形态组合而成。 为使机器人稳定站立，任意时刻都应有互不相邻 的3个 自由度着地。各 自由度运行到不同的角度 组成不同的姿势。通过对旋转角度和电机速度的 调整，实现漫步、快走、急跑、转弯、自转等各 种步态行为，并在各种地面环境，如光滑地面、 粗糙地 面、沙石地面、湿泥地面等，进行步态 调整 。 仿生 6足爬行机器人的控制系统 由PLC和单 片机组成，两者优势互补，将 PLC的高可靠性和 模块化结构等优点和单片机灵活控制可调宽度方 波信号PWM的性能相结合，形成 1套功能完善、 性能稳定的高性价比控制系统。根据控制要求并 考虑 I／O数目15％裕留量，选择德国西门子 s7— 200 CPU226 PLC及 AVR ATmegal6单片机构成的 控制系统。在 PLC程序中建立 1个数据表，根据 、 一 67 — 外部的控制信号或传感器信号，进行逻辑运算处 理，调用其中的数据，再以脉冲形式发给控制板 上的单片机，单片机根据接收到的脉冲指令经运 算后发给各舵机相应的控制脉冲，舵机收到控制 信号后执行动作