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1、2014中国机器人大赛暨RoboCup公开赛2014中国工程机器人大赛（Robot at Work）技术报告参赛学校队伍名称 参赛队员 带队教师（姓名/联系方式） 参赛项目 机器人竞速标准赛 中国机器人大赛暨RoboCup公开赛（工程类项目）组委会中国工程机器人大赛组委会2014年8月填写说明1、凡参加此次工程机器人大赛比赛的参赛队伍必须填写本技术报告。2、现场报到时，将申报书的电子档和纸质档提交至大赛组委会。3、本书应该填写完整、内容详实、表达准确，数字一律填写阿拉伯数字，英文一律为Times New Roman。4、填写本技术报告时，各项内容字数不得少于规定字数。5、打印格式与装订（1）纸
2、张为A4大小，双面打印；（2）文中小标题为四号、仿宋、加黑；（3）栏内正文为小四号、仿宋；关于技术报告使用授权的说明 本人完全了解2014年中国机器人大赛暨RoboCup公开赛（工程类项目）&2014中国工程机器人大赛（Robot at Work）关于保留、使用技术报告和研究论文的规定，即：参赛作品著作权归参赛者本人，比赛组委会所有，比赛组委会可以在相关主页上收录并公开参赛作品的设计方案、技术报告以及参赛模型车的视频、图像资料，并将相关内容编纂收录在组委会出版论文集中。 参赛队员签名： 带队教师签名： 日 期： 一、作品简介（研究内容、目标、完成情况概述）研究内容和目的以及完成情况研究内容为“
3、仿人机器人”。仿人机器人智能化程度较高，能够自主进行行进及方向识别。与其它机器人相比，仿人机器人具有支撑面积小，质心的相对位置高的特点。仿人机器人比其它各类机器人具有更高的灵活性以及较高的智能性，因此具有自身独特的优势，更适合在人类的生活或工作环境中与人类协同工作，而不需要专门为其对这些环境进行大规模改造。例如代替危险作业环境中(如核电站内)的工作人员，在不平整地面上搬运货物等等。此外将来社会环境的变化使得仿人机器人在护理老人、康复医学以及一般家务处理等方面也有很大的潜力。相关研究国内外情况概述仿人机器人领域中，日本和美国的研究最为深入。日本方面侧重于外形仿真，美国方面则侧重用计算机模拟人脑的
4、研究。日本本田公司研制的仿人机器人ASIMO是目前最先进的仿人行走机器人。ASIMO身高1.2米，体重52公斤。它的行走速度是0-1.6km/h。ASIMO可以实时预测下一个动作并改变重心，可以行动自如，进行诸如“8”字形行走、下台阶、弯腰等各项复杂动作等。我国政府也逐渐开始关注这个领域。研制的机器人“汇童”已具有视觉、语音对话、力觉、平衡觉等功能，还可实现模仿太极拳、刀术等人类复杂动作二、研究技术方案（硬件设计、软件设计、系统调试说明）硬件设计电源机器人属于电子设备，所以给机器人提供足够的电量是很重要的事情。机器人在做剧烈运动的时候耗电是很大的，市场上的普通电池都无法使机器人正常运动。使用的
5、是7.4V-1000mAh-15C直流电源。光电传感器光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。控制芯片控制芯片模块包括单片机、时钟电路、复位电路、外部程序存储芯片扩展以及大规模CPLD芯片。单片机采用森汉公司的AT89S52，它是8位的高性能嵌入式控制器,其内部集成了8k的可在线编程的Flash存储器;256字节的RAM，可寻址64字节，具有32根I/O口、3个可编程定时器、8个中断源、6个中断矢量、1个看门狗定时器。时钟电路给系统提供时间基准,设计时采
6、用11.05296MHz晶振。同时，本设计还扩展了一片8k8位的外部存储芯片2864。CPLD芯片采用的是ALTERA公司的EPM7128。串行通信串行通信模块主要用于AT89S52单片机与PC机之间的串行通信。由于PC机的COM口符合RS-232标准, AT89S52单片机上的串行接口是CMOS电平，在RS-232与CMOS电平通信时,需要电平转换，因此，设计时利用MAX232芯片来作电平转换。舵机的驱动控制 6路舵机的控制信号来自CPLD芯片的I/O口(引脚30、31、33、34、35、36、37、39、40、41、44、45)。为了防止干扰，13路舵机控制信号和驱动电路应经过TLP-52
7、1光电隔离，通过隔离出来的控制信号，还必须接入LM324比较器，以消除毛刺，增加信号的稳定性，提高信号的输出电流，以便舵机能够正确工作不至于产生不必要的抖动。动力源的选择目前市场上，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。由于双足步行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，我选择使用伺服电动机。因经济条件有限，我使用的是价格比较便宜的伺服电动机舵机。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
8、现的。电动舵机的工作原理如图1所示。其中，舵机控制器一般采用PID控制，以满足舵机动静态指标要求；伺服功率放大器一般由脉冲宽度调制器(PWM)和开关控制电路组成；直流伺服电机是电动舵机的执行元件，可采用有刷或无刷直流电机；减速机构一般采用蜗轮蜗杆或丝缸减速机构。由于本研究制作的机器人的各关节是选择使用舵机驱动。此类电机的特点就是体积小、重量轻且控制简单，另外价格也较便宜。各关节的驱动使用的是北京森汉科技有限公司的SH15-F的舵机。机构的设计根据本课题的要求，本文设计了机器人的机构，其主要特点有以下几点:布置对称性步行运动中普遍存在结构对称性。由步行运动中的对称性，发现机身运动的对称性和腿机构
9、的对称性之间存在相互关系。框架的设计有效的利用了RC伺服电机的尺寸大小，并使电机的活动范围能尽量符合各关节的活动范围。 软件设计我使用的是由森汉科技有限公司自主开发的编辑软件和KLC混合的软件编辑方式。系统整体调试设计机构的设计根据本课题的要求，本文设计了机器人的机构，其主要特点有以下几点:布置对称性步行运动中普遍存在结构对称性。由步行运动中的对称性，发现机身运动的对称性和腿机构的对称性之间存在相互关系。机器人的设计有效的利用了RC伺服电机的尺寸大小，并使电机的活动范围能尽量符合各关节的活动范围。整个结构采用1mm的铝合金(LY12)钣金材料，这种材料重量轻、硬度高、强度虽不如钢，但却大大高于普通铝合金。且这种材料具有弹性模量、密度比高的特点。由于机器人的各关节是用RC伺服电机驱动，为了减小机器人的体积、减轻重量，机器人的结构做成是框架型的。框架的设计有效的利用了RC伺服电机的尺寸大小，并使电机的活动范围能尽量符合各关节的活动范围。三、附录（硬件设计图、电路设计原理图、程序等） 控制系统结构图CPLD的6路舵机驱动原理图 主电路板舵机插针位置