智能四足机器人设计.doc
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四足机器人设计与总结报告
指导老师：麦文学生：陈伟
内容摘要
本设计中，机器人的行走是根据四足动物的步行原理，将其运动过程分解，再结合实际模型，抽象出四足运动的基本原理，并制作出结构模型，通过对向前行走、原地左转弯、原地右转弯的控制，从而实现直行的行走。
本设计采用采用MCU控制机器人的步态设计，通过CPLD强大的信号处理功能实现PWM从而对每个舵机进行控制，实现机器人的直行行走。同时预留了大量的端口，为以后实现寻路、显示、语音等功能提供条件。
关键词：四足步行PWM步态规划
Abstract
????Thisdesign,therobotiswalkingquadrupedwalkingundertheprincipleofdecompositionoftheirmovement,combinedwiththeactualmodel,toabstractthebasicprinciplesoffour-leggedmovement,andcreatestructuralmodels,bywalkingforward,theoriginaltoturnleft,turnrighttocontrolinsitu,inordertoachievestraightwalking.
ThedesignusestherobotgaitcontrolbyMCUdesign,byCPLDrealizationofapowerfulsignalprocessingfunctionstoeachservoPWMcontrol,therobotwalkstraight.Atthesametimealargenumberofportsreservedforthefuturefinditswaytoachieve,display,voiceandotherfeaturesprovidetheconditions.
Keywords:quadrupedwalkinggaitplanningPWM
目录
TOC\o1-3\h\z\u引言 3
一、方案设计与论证 3
二、肢体的结构设计 5
2.1、舵机的结构 5
2.2、舵机的控制方法 6
2.3、舵机安装 8
2.4、构件的级联 9
2.5、整体结构介绍 9
三、步行原理及步态、路径规划 10
3.1、行走原理 10
3.2、行走步态及动作时序 11
3.2.1、初始化 11
3.2.2、向前行走 12
四、电路设计 13
4.1、主控板设计 13
4.1.1、MCU配置 13
4.1.2、CPLD配置 15
4.2、PWM脉宽调制（PulseWidthModulation）信号产生 15
4.3、程序流程图 16
4.4、程序 17
4.4.1单片机程序 17
4.4.2、CPLD程序 18
总结 24
引言
自从人类发明机器人以来，各种各样的机器人日渐走入我们的生活。仿照生物的各种功能而发明的各种机器人越来越多。作为移动机器平台，步行机器人与轮式机器人相比较最大的优点就是步行机器人对行走路面的要求很低，它可以跨越障碍物，走过沙地、沼泽等特殊路面，用于工程探险勘测或军事侦察等人类无法完成的或危险的工作；也可开发成娱乐机器人玩具或家用服务机器人。四足机器人在整个步行机器中占有很大的比重，因此对仿生四足步行机器人的研究具有很重要的意义。本课题的设计任务是完成四脚带智能的机器人，并能穿行于模拟楼道及迷宫场地。
一、方案设计与论证
方案一：采用专用芯片实现方案。
专用芯片产生PWM信号
专用芯片产生PWM信号
8个舵机的转动角度
向前行走
任意方向行走
方案二：采用单片机控制CPLD实现方案。
8个舵机的转动角度
8个舵机的转动角度
向前行走
任意方向行走
CPLD产生PWM信号
51单片机
方案三：采用可编程逻辑器件（FPGA）实现方案。
FPGA(嵌入MC51的IP核)
FPGA(嵌入MC51的IP核)
8个舵机的转动角度
向前行走
任意方向行走
图1
方案论证
方案一
本方案中的专用器件，一般为单片机内集成了PWM产生模块，最大优点是价格便宜且很可靠，但正是因为专用的特点，它的灵活性就很差，要买到符合需要的器件也不容易。目前常见的专用集成芯片一般只能提供