基于Arduino的双足机器人控制方法
摘要：本论文就如何实现机器人预定的功能展开讨论。

该双足竞步机器人系统
基于软件平台Arduino为软件开发环境；硬件由窄足机器人、stm32f103zet6单片机、arduino开发板、漫反射激光传感器、超声波测距模块、舵机模块等器件构成。

通过Arduino编写主逻辑程序控制32开发板产生PWM波，并通过漫反射激光传
感器和超声波测距模块采集数据，在程序中经过数据处理调整占空比来改变舵机
的运动状态，进而实现控制六个舵机的同时转动，从而达到智能控制机器人的效果。

为了提高双足竞步机器人的动作以及寻迹的准确性和可靠性，我们试验了多
套方案并进行升级，进行了大量的测试与调试，最终确定了现有的系统结构和各
项控制参数。

关键词：双足竞步；漫反射激光传感器；超声波测距；舵机；PWM 正文
随着人们对机器人技术智能化本质认识的加深，机器人技术开始源源不断地
向人类活动的各个领域渗透。

结合这些领域的应用特点，人们发展了各式各样的
具有感知、决策、行动和交互能力的机器人和各种智能机器。

机器人技术是一门
综合了传感和检测、控制理论、信息科学与技术、电子工程、机械工程、图像采
集与识别技术以及人工智能等前沿科技的新型学科，它融合了机械、电子、传感器、计算机硬件、软件、单片机、人工智能等许多学科的知识，涉及到当前许多
前沿领域的技术。

随着电子技术的飞速发展，智能机器人在越来越多的领域发挥
着人类无法代替的作用。

其中，双足机器人就是当今机器人研究领域最为前沿的
课题之一，双足机器人是一种高度非线性、强耦合的对象，反映了一个国家的智
能化和自动化研究水平，双足机器人研究已成为目前非常活跃的的一个研究领域。

为了推动我国机器人技术的发展，培养学生创新能力，在全国范围内相继出现了
一系列的机器人竞赛。

进行双足机器人的研究可以使学生把理论与实践紧密地结
合起来，提高学生的动手能力、创造能力、协作能力和综合能力，进而达到课堂
知识学以致用的目的。

双足机器人是一种非常典型的仿人机器人，国外早在上世纪60年代末就开
始了双足机器人的研究开发。

随着1968年美国首研发出一台操纵型双足机器人，就此揭开了双足机器人研究的序幕。

同时因为双足机器人在各个领域的应用日趋
广泛，各个国家在该领域相继投入巨资开展研究。

自20世纪90年代开始，双足
机器人的研究已从模仿人类腿部行走发展到全方位拟人阶段。

双足机器人在外形
上具有人类的特征，适合用于人类生活的环境，为人们提供方便，因此具有广阔
的市场前景。

双足机器人与其他多足机器人相比具有体积较小、重量轻、动作灵活、迅速，而且更接近人类步行的特点，因此它们对环境有最好的适应性，对步行环境要求
很低，能适应各种地面且具有较高的逾越障碍的能力，不仅能在平面行走，而且
能够方便地通过一些不规则路段，故它的移动“盲区”很小，具有广阔的工作空间；双足行走也是生物界难度最大的步行工作，双足机器人步行性能是其他步行结构
无法比拟的；除此之外，因双足机器人类人的特点，它可以在人类的生活和工作
环境中与人类协同工作，而不需要专门为其对环境进行大规模改造，所以双足机
器人在日常生活中更具有广泛的应用前景。

与此同时，通过研究双足机器人可以
促进仿生学及其它领域的相关研究与应用，也可以了解和掌握人类的步行特征，
并为人类服务，如人造假肢等。

特别是在为残疾人提供室内和户外行走工具、极
限环境下代替人工作业等方面更是具有不可替代的作用。

在机器人的研究过程中我们遇到了许多问题并找到了对应的解决方法：
1、机器人的稳定性不好。

机器人在调试期间走路过程中不稳，比较晃，有
时会摔倒。

经过一系列的测试，我们主要对其提出了两点原因分析。

其一是因为
把机器人的重心调得较高，导致重心不稳，平衡性不好，在行走中易晃。

其二是
因为步态设计的不合理。

机器人配有6个舵机，在动作上需要6个舵机同时配合，要做到很协调，还是很有难度的，需要经过许多次细微的调试，一旦某个舵机的
角度、速度发生改变，都会对整个机器人的行走造成影响，因此在我们尝试去提
高机器人速度时，经常性地会不稳定。

但我们在发现原因后，就迅速地仔细调试
每个动作，一点一点地找到最为合适的步态，有效解决了摇晃的问题。

2.机器人指令与实际测试动作不符。

因为调试场地本身的一些原因，以及机
器人脚底与场地之间摩擦力经常受到干扰，可能会使本应该是前进直行的动作变
成偏左或偏右等其它动作。

针对这个问题，我们经过多次调试，找出了一些偏转
规律，在程序中应用一些指令时不再局限于既定的规定，而是进行了一些替换。

比如多次调试发现本应该是前进偏右的动作在实际场地中却总是前进直行，那我
们就把动作指令调换了一些，在本应使用前进直行的地方改成使用前进偏左指令，使其能够更好地满足要求。

3.方案的制定不够仔细。

制定一个合理可行的方案至关重要，方案制订的不
够仔细，会带来大量冗杂的工作。

我们采用的是机器人激光循迹前进，在方案制
定好之后，我们开始购买硬件，但由于对自身的需求刚开始没有明确的和对各项
硬件了解不是很多，机器人本身自带的开发板不满足我们的需要，导致后期必须
更换硬件，我们又抓紧时间画板子，换硬件，可见前期对每个器件模块功能参数
的了解学习是必不可少的。

参考文献
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