2017中国工程机器人大赛暨国际公开赛（RoboWork）双足竞步项目交叉足赛技术报告参赛学校：菏泽学院队伍名称：天泽队参赛队员：隋浩祝远波商滕伟带队教师：周景雷二〇一七年五月摘要机器人技术代表了机电一体化的最高成就，是二十世纪人类最伟大的成果之一，其中双足步行机器人因其体积相对较小，对非结构性环境具有较好的适应性，避障能力强，移动盲区很小等优良的品质，越来越受到人们的关注，因此对其控制研究和步态规划具有相当的现实意义。
本文的主要介绍了双足竞步机器人的国内外发展情况，以及PWM指令算法和舵机的联动控制，通过认真的研究人类行走方式以及翻跟斗的动作，对机器人的行走步态进行简单的规划，设计出简化结构模型，然后以此为基础进行了适当的调整，设计出符合交叉足竞步机器人比赛要求的全部动作程序，设计完成后将程序下载到实验样机中，验证程序设计的可行性和合理性，通过反复的修改和验证使得机器人能顺利的完成比赛任务。
关键词：双足步行机器人；步态规划；PWM控制ABSTRACTRobotic technology represents the electromechanical integration the greatestachievement of the 20th century, is one of the great achievement of human beings, the biped robot robot even though only the history of nearly 40 years, but because of its unique adaptability and human nature, became the robot to an important developing direction offield.Topics which aims to design a bipedal humanoid robot platform, based on the bipedal robot, walking gait for better finish tasks matting.Because of multi-joint robot has feet, drive and multisensor characteristics, andgenerally have redundant freedom, these features to its control problem has brought great difficulty, but also for various control and optimization method provides an ideal experimental platform, make its attracted many scholars eyes, become a blockbuster research direction, and so the biped robot gait planning and control study not only has high academic value, but also has quite practical significance.Based on the study of human walking style process and simplify the process after walking with a simplified model, to realize the steering gear PWM robot is effectively controlled.The paper mainly discussed the dynamic walking planning, design and simulation, detailed research using PWM control technology to achieve the linkage of the steering gear control more than.Keywords：Biped robot；Gait planning；PWM control目录第一章引言/综述 (5)第二章系统整体设计 (5)2.1 机器人的简述 (5)2.2 机器人的组成 (5)2.3 双足机器人的主要研究 (5)第三章机械结构设计 (6)3.1结构简介 (6)3.2动力源的选择 (6)3.3机构具体设计 (6)3.4躯干机构设计 (7)3.5机载安装空间设计 (7)第四章硬件设计 (9)4.1支架 (9)4.1.1支架参数 (9)4.1.2支架特点 (9)4.2舵机 (9)4.2.1舵机特点 (9)4.2.2舵机参数 (9)4.3锂电池 (10)4.4舵机控制板 (10)4.4.1 STM32F103的结构与功能 (10)4.4.2参数 (11)第五章软件设计 (14)5.1上位机软件 (14)5.1.1全局操作窗口 (14)5.1.2偏差操作窗口 (14)5.1.3舵机滑块功能介绍 (15)5.1.4动作数据显示区 (15)5.1.5动作编写及在线调试窗口 (16)5.1.6文件操作窗口 (17)5.2舵机调试 (17)第六章系统开发与调试 (17)第七章结论 (18)参考文献............................................ . (19)致谢 (19)第一章引言/综述交叉足机器人是目前机器人研究的主要方向，我们通过计算机器人的质量.舵机角度.自由度等，来调整步幅和步速，本次采用的是STM32F103RBT6单片机作为双足机器人的主核心控制单元，采用了4个180°舵机和2个270°舵机，使其完成走步，前翻，后翻等动作。
机器人自主的完成一系列动作走过赛道，其实现的主要动作有（向前走五步，前翻五个跟斗，然后再向前走五步，后翻五个跟斗，最后一直走向终点）研究的主要有舵机的控制和角度的输出控制，STM32F103RBT6单片机的编程能力，机器人的步态规划和设计。
研究的过程主要有舵机角度的计算，PWM输出与角度的对应关系，STM32F103RBT6编程的学习与实际应用，程序的修改与完善等几个步骤。
机器人是作为现代高新技术的重要象征和发展结果，已经广泛应用于国民生产的各个领域，并正在给人类传统的生产模式带来革命性的变化，影响着人们生活的方方面面。
在研究和开发及不确定环境下作业的机器人的过程中，人们逐步认识到机器人技术的本质是感知、决策、行动和交互技术的结合。
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、行动和交互能力的特种机器人和各种智能机器，如移动机器人、微机器人、水下机器人、医疗机器人、军用机器人、空中空间机器人、娱乐机器人等。
机器人技术是一门综合了传感与检测、运动控制、图形图像处理等技术的新型学科，它融合了机械、电子、传感器、计算机硬件、软件、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。
机器人能力的评价标准包括：智能，指感觉和感知，包括记忆、运算、比较、鉴别、判断、决策、学习和逻辑推理等；机能，指变通性、通用性或空间占有性等；物理能，指力、速度、连续运行能力、可靠性、联用性、寿命等。
因此，可以说机器人是具有生物功能的三维空间坐标机器。
第二章系统整体设计2.1 机器人的简述国外双足机器人的研究早在上世纪80年代就已形成热潮，并且提出了许多系统的建模及控制的理论和方法，因此机器人成为作为现代高薪技术的重要象征和发展的结果。
现在机器人的应用已经开始在各个行业出现，并且正在给人类的传统生产和生活模式带来革命性的变化。
在人类的不断努力下，人类终于认识到了机器人技术的本质是感知，决策，行动和交互。
因此人类不断的向其中渗透，并结合其特点设计了各式各样的智能机器人，如灭火机器人，医疗机器人，分类机器人，水下机器人，军用机器人，娱乐机器人，宣传介绍机器人等。
现在的先进智能机器人已经结合了传感与检测技术，人机交互技术，学习能力，感情识别能力等一系列的类人能力。
他融合了机械，电子，传感器，计算机，人工智能的学科知识，涉及到了许多的前沿技术。
如今的机器人有如下的功能：感知，智能，记忆，运算，比较，判断，学习，可靠性，寿命长等。
2.2 机器人的组成两个270°舵机，四个180°舵机，一块2200STM32F103RBT6主控。
2.3 双足机器人的主要研究本次机器人主要运用STM32F103RBT6主控，使机器人具备自主决策和自主判断能力，使用四个180°舵机和两个270°舵机作为关节驱动舵机行走，使用PWM信号来控制舵机完成相应动作，主要动作有：从起点到终点（先向前走五步，向前翻五个跟头，然后向前走五步，向后翻五个跟头，最后徒步走向终点）。
第三章机械结构设计3.1结构简介交叉足机器人机构设计中关节轴系的结构设计必须紧凑，传动精度高，效率高，并保证提供必要的输出力矩和输出速度，以满足机构动态步行运动速度和承载能力。
在上述机构的总体设计方案制定后，我们对机构中关键器件进行了选型，主要包括轴系电机、传动杆件等，为此我们根据轴系对运动实现的重要性把机器人所有轴系分为两类：主要轴系和次要轴系。
主要轴系包括下肢所有轴系，它们涉及交叉足机器人基本运动功能的实现问题，因此是本项目机构设计的核心问题，其基本元件和结构方式必须首先确定下来才能展开以此为核心的机构设计和机加工工作。
3.2动力源的选择舵机是一种最早应用在航模运动中的动力装置，是一种微型伺服马达，它的控制信号是一个宽度可调的方波脉冲信号，所以很方便和模拟系统进行接口。
只要能产生标准的控制信号的模拟设备都可以用来控制舵机，比如PLC、单片机和DSP等。
而且舵机体积紧凑、便于安装、输出力矩大、稳定性好、控制简单。
目前市场上，有很多种电动机向机器人提供能源：直流电机、交流电机、步进电机、伺服电动机。
由于交叉足交叉足机器人要求的精度要求比较高，而交直流电机通电就转，断电就停，比较难进行机器人的位置控制；步进电机虽能按一定的精度工作，但它本身是一个开环系统，精度达不到要求。
因此，我们选择使用伺服电动机。
舵机最早出现在航模运动中。
在航空模型中，飞行机的飞行姿态是通过调节发动机和各个控制舵面来实现的。