六腳爬蟲機器人步態(tài)算法和控制系統(tǒng)——阿童木

1、畢 業(yè) 設(shè) 計 論文 題目：六腳爬蟲機器人運動步態(tài)規(guī)劃和控制系統(tǒng)搭建2011 年 6 月 9日畢業(yè)設(shè)計開題報告六腳爬蟲機器人運動步態(tài)規(guī)劃和控制系統(tǒng)搭建1課題來源本課題是受深圳德普施公司委托，為其研發(fā)第二代六腳爬蟲機器人。2課題研究的目的和意義隨著世界科技的發(fā)展和人們生活水平的提高，機器人無疑將成為未來世界的寵兒。機器人可以代替人類完成重復(fù)性和枯燥的任務(wù)，可以為人類服務(wù)，也可以到人類不能去的危險區(qū)域探索作業(yè)。鑒于此，我們有必要加大對機器人領(lǐng)域的研究，去開發(fā)多功能的，環(huán)境適應(yīng)性強的新一代機器人。目前，在地面上能獨立行進完成相應(yīng)功能的機器人主要有兩類，一種是由輪子驅(qū)動的輪行機器人，另一種是基于仿生學(xué)

2、的步行機器人。盡管輪行機器人在平坦地面上行進穩(wěn)定，速度快，效率高；但其最大的不足就在于對未知的復(fù)雜地形，其適應(yīng)能力很差。而步行機器人可以在復(fù)雜的自然地形中較為容易的完成前進和探測。所以針對軍事偵察，危險區(qū)域作業(yè)，星球探測，礦山開采，教育娛樂等地面環(huán)境不確定性大的領(lǐng)域，步行機器人有更廣闊的應(yīng)用前景和更高的實用價值。而在步行機器人中，多足機器人是最容易實現(xiàn)穩(wěn)定行走的。由于六足機器人相對類人和四足機器人具有控制系統(tǒng)簡單、肢體冗余和行走平穩(wěn)等優(yōu)點，本課題我們選擇制作一個模仿昆蟲肢體結(jié)構(gòu)和運動控制策略的六足機器人。為了適應(yīng)復(fù)雜多變的自然環(huán)境，在昆蟲身上進化出成百上千的感應(yīng)器來感測環(huán)境信息。本課題也試圖在

3、機器人身上安裝各種傳感器來感測外部環(huán)境，讓機器人可以在未知的，復(fù)雜的環(huán)境中行走，完成一定的任務(wù)。當(dāng)然，試圖實現(xiàn)昆蟲所有感測功能是不現(xiàn)實的，我們只是模擬其一部分功能。同時，為了增強機器人的實用性，我們提供了另外兩種控制方法，即觸摸屏控制和無線控制。本課題作為機器人設(shè)計的一部分，其目的是對六足仿生機器人的控制方法和步態(tài)策略進行研究，針對一個六足仿生機器人的本體設(shè)計新型的控制系統(tǒng)硬件，并嘗試用觸摸屏去顯示機器人的狀態(tài)和控制機器人的步態(tài)。同時，在機器人硬件平臺上對控制策略進行實驗，為進一步研究六足仿生機器人控制策略打下硬件和理論的基礎(chǔ)。3研究現(xiàn)狀六足仿昆蟲機器人在很多國家都受到了重視，也是機器人領(lǐng)域的

4、研究熱點之一。它的研究涉及到了生物科學(xué)，仿生學(xué)，機構(gòu)學(xué)，傳感技術(shù)及信息處理等多門學(xué)科。經(jīng)過近二三十年的研究發(fā)展，世界各國研制出了多款功能不同的六足機器人，現(xiàn)選取幾款有代表性的六足機器人，介紹其研究現(xiàn)狀，并對其研究趨勢做出展望。隨著美國宇航局太空計劃的不斷深入，迫切需要一個可以在為止復(fù)雜地表行進探測的機器人。1990年，美國卡內(nèi)基-梅隆大學(xué)研制出用于外星探測的六足步行機器人AMBLER，它采用了新型的腿結(jié)構(gòu)，由一個在水平面內(nèi)運動的旋轉(zhuǎn)桿和在垂直平面內(nèi)作直線運動的伸展桿組成，由一臺32位的處理機進行控制，但由于體積和質(zhì)量太大沒能用于行星探測計劃。Irobot公司則于同一時期分別研制出兩臺六足機器人

5、：Genghis，Attila和Hannibal。由于其腿部只有兩個舵機，所以行動稍顯笨拙。90年代早起麻省理工學(xué)院的AI實驗室根據(jù)機器昆蟲的思想研制出兩臺六足機器人，分別是Genghis和Hannibal，他們腿部分別有18個自由度，其強調(diào)了模塊化子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。美國東北大學(xué)和德國Fraunhofer研究所于2001年一起研制了機器人Scorpion，它的設(shè)計是根據(jù)多足節(jié)肢動物的解剖學(xué)數(shù)據(jù)。同一時期，德國杜伊斯堡大學(xué)研制出機器人Tarry，它完善了更多的智能策略并加入了腿部反射。多足機器人的研制還出現(xiàn)這樣一種趨勢，即將腿式移動機構(gòu)的地形適應(yīng)能力和輪式移動機構(gòu)的高速高效性能相融合。如1992年日本

6、東北大學(xué)研究開發(fā)出的腿輪分離型步行機器人Chariot。法國巴黎第六大學(xué)的Bidaud博士則研制出機器人Hylos，它的每個腳底都有一個小輪子。另一個典型的代表就是美國宇航局的火星探測機器人，它的腿部有伸縮機構(gòu)，對地表的適應(yīng)性很強。六足機器人的控制算法一直是研究的重點。其控制可以分為兩個部分，步態(tài)規(guī)劃和行為控制。六足昆蟲最常見的有三種步態(tài)，即波動步態(tài)，四足步態(tài)和三足步態(tài)，其支撐身體的腿的個數(shù)分別為5，4，3 。目前，機器人實現(xiàn)類似昆蟲的步態(tài)主要采用以下幾種步態(tài)，即固化步態(tài)，分布神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和進化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。前者環(huán)境適應(yīng)性差，應(yīng)用受到了局限。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)步態(tài)控制經(jīng)過了三個發(fā)展階段，早期Randall

7、D.Beer提出了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)想，隨后德國的Holk Cruse提出了昆蟲行走機制的六條規(guī)則，并以此建立了一種簡單的六足控制器“Walknet”。接著，Hamlet實驗小組提出了影響每條腿運動的“內(nèi)成約束”概念，并給出了度量這種約束的公式。而進化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制思想則嘗試讓機器人通過對自身行為的不斷嘗試，達到自己學(xué)會如何行走的目的，目前這一方法還在嘗試階段。另外，本課題還嘗試了利用腿部反射來提升機器人在復(fù)雜地表行進的能力。4設(shè)計方案：4.1機器人運動規(guī)劃機器人行走采取分布神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的半閉環(huán)控制，在機器人每個腳底均安裝一個行程開關(guān)，用于探測機器人腳部是否著地。通過腿部機構(gòu)運動學(xué)分析，規(guī)劃機器人每

8、條腿的抬起與著地路線，腳部行程開關(guān)閉合則說明腳底著地。根據(jù)地表狀況不同，機器人分別選擇采取波動步態(tài)，四足步態(tài)或者三足步態(tài)。同時，我們還要規(guī)劃機器人越障和爬樓梯的步態(tài)。在對腿部進行運動學(xué)分析時，需建立其D-H坐標(biāo)系，并求出其運動學(xué)逆解。當(dāng)機器人在平坦地表行進時，可以通過直接給出機器人軀干的位置，姿態(tài)，以及各足端的位置，來規(guī)劃機器人的動作。當(dāng)機器人在復(fù)雜地表行進時，要對每條腿的著地路徑進行規(guī)劃，直至行程開關(guān)閉合。4.2控制系統(tǒng)搭建機器人腿部一共有18個自由度，相應(yīng)有18個舵機，所以控制系統(tǒng)要能夠產(chǎn)生18路PWM波。針對這種情況，本課題將控制系統(tǒng)分為兩個部分，即控制部分和驅(qū)動部分。驅(qū)動板采用para

9、llax公司的Propeller Servo Controller USB。它通過串行通信方式最多可以驅(qū)動16個舵機。本設(shè)計選用兩塊驅(qū)動板去驅(qū)動18個舵機，每塊板分別驅(qū)動一側(cè)的9個舵機?？刂瓢宓闹骺刂菩酒x擇ST公司的STM32F107，主要是基于此款芯片的高速運算性能和低功耗。4.3觸摸屏控制對六腳爬蟲機器人進行運動步態(tài)規(guī)劃并搭建機器人的控制系統(tǒng)。該六腳爬蟲機器人是仿生昆蟲的多自由度多傳感器智能機器人，要求對機器人做出多種步態(tài)規(guī)劃，使其滿足多種任務(wù)?？刂葡到y(tǒng)要求能夠控制機器人的18個關(guān)節(jié)舵機平穩(wěn)運行，并且安排相應(yīng)IO口與各功能模塊相連接。要求滿足以下性能：機器人可以完成前進，后退，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)

10、，側(cè)移，扭動身軀等簡單動作；機器人有多種步態(tài)，如三腳步態(tài)，雙腳依次邁步步態(tài)，單腳依次邁進步態(tài)；機器人可以完成抬腳，越障，簡單舞蹈動作；機器人控制系統(tǒng)穩(wěn)定，能驅(qū)動18個舵機；機器人可通過無線，觸摸屏，傳感器檢測三種方式運行；要求機器人行進速度達到6m/min；在控制板上安裝有一個液晶觸摸屏，用于顯示機器人的運行狀態(tài)和控制機器人的運動步態(tài)。觸摸屏采取UCGUI編程，UCGUI是一種用于嵌入式應(yīng)用的圖形支撐軟件。觸摸屏相當(dāng)于給機器人提供了一個人機交互平臺，提供了另一種控制機器人的方案。5課題研究內(nèi)容6工作進度的安排2010年12月-2011年3月 查閱資料，翻譯參考文獻，文獻綜述，開題報告；2011

11、年3月-2011年4月 理論分析研究及運動步態(tài)方案規(guī)劃；2011年4月-2011年5月 控制系統(tǒng)設(shè)計和搭建，完成系統(tǒng)原理圖和PCB圖；2011年5月-2011年6月 在機器人平臺上實驗調(diào)試，并撰寫畢業(yè)論文2011年6月 畢業(yè)設(shè)計答辯準(zhǔn)備7參考文獻1Proprioceptive Sensing for a Legged Robot，Pei-Chun Lin, The University of Michigan;2六足仿生機器人越障步態(tài)方法研究，葉獻偉，陳樊，高建華，浙江理工大學(xué)機電研究所，2008；3新型六足機器人機構(gòu)與控制系統(tǒng)設(shè)計，王倩，陳甫等，哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2008；4Parallax公

12、司說明文檔，Propeller Servo Controller USB；5UCGUI圖形開發(fā)資料；6六足仿生機器人步態(tài)規(guī)劃與控制系統(tǒng)搭建，王倩，哈爾濱工業(yè)大學(xué)；7多足步行機器人及其控制裝置，陳學(xué)東等，華中科技大學(xué)；8多足步行機器人的研究現(xiàn)狀及展望，雷靜桃，高峰，崔瑩，北京航空航天大學(xué)，2006；9機器人技術(shù)基礎(chǔ)，華中科技大學(xué)出版社；10STM32F107xx Reference manual；11六足仿生機器人步態(tài)規(guī)劃與控制系統(tǒng)研制，哈爾濱工業(yè)大學(xué)；12六足仿生機器人越障步態(tài)方法研究，雷靜桃，高峰，崔瑩，北京航空航天大學(xué)，2008；49目 錄 摘 要1AbstractII1 緒論11.1課題

13、的來源、背景和意義11.2.研究現(xiàn)狀及展望21.3六腳機器人的控制算法和策略41.4課題研究內(nèi)容52 運動學(xué)分析與運動步態(tài)規(guī)劃62.1引言62.2六角爬蟲機器人的機械結(jié)構(gòu)62.3六角爬蟲機器人腿部DH坐標(biāo)系的建立72.4求運動學(xué)反解92.5六角爬蟲機器人步態(tài)規(guī)劃及實驗92.6六角爬蟲機器人自由步態(tài)的實現(xiàn)142.7六角爬蟲機器人其它動作的實現(xiàn)152.8本章小結(jié)183 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計193.1引言193.2六腳機器人對控制系統(tǒng)的設(shè)計要求193.3硬件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)193.4主控制板設(shè)計213.5驅(qū)動板設(shè)計233.5 XBee無線通信模組243.6發(fā)聲模塊：243.7各傳感器模塊：253.8本章小結(jié)

14、284 uCOS嵌入式系統(tǒng)移植與觸摸屏控制294.1引言294.2為什么選uCOS嵌入式系統(tǒng)294.3 C/OS-II在STM32F107上的移植過程304.4 C/OS-II多任務(wù)的建立314.5觸摸屏工作原理334.6uC/GUI介紹及其API函數(shù)344.7觸摸屏校準(zhǔn)354.8觸摸屏控制程序的編寫364.9按鍵建立與檢測程序374.10傳感器顯示控制界面404.11本章小結(jié)415 總 結(jié)435.1 完成的工作435.2 創(chuàng)新與收獲44參考文獻46摘要幾年前，比爾·蓋茨做了一個大膽的語言：未來家家都有機器人。機器人在人類將來的生活中將會扮演愈來愈重要的角色，而其中的多足機器人，因其

15、較強的環(huán)境適應(yīng)能力，而越來越受到科學(xué)工作者的重視。本論文以2010年項目組完成的六腳爬蟲機器人機械本體為對象，進行運動步態(tài)規(guī)劃，并為其開發(fā)軟硬件控制系統(tǒng)。首先，論文建立了機器人單腿的D-H坐標(biāo)系，推導(dǎo)出六腳爬蟲機器人運動學(xué)正解方程和反解公式，并在此基礎(chǔ)上完成了六腳爬蟲機器人三腳步態(tài)、四腳步態(tài)和波動步態(tài)的運動學(xué)規(guī)劃和求解；此外，還設(shè)計了轉(zhuǎn)彎，蟹行，做俯臥撐，舞蹈等特殊步態(tài)和動作；另外以六腳爬蟲機器人腳底安裝的柔性力傳感器測力輸出為依據(jù)，設(shè)計了自由步態(tài)，以適應(yīng)凸凹不平的地面環(huán)境。其次，論文以STM32F107為主控制芯片，設(shè)計了六腳爬蟲機器人硬件主控制系統(tǒng)，以及外圍的舵機驅(qū)動電路、傳感器測量電路、

16、無線通訊接口等，形成完整的六腳爬蟲機器人硬件控制系統(tǒng)。然后，在搭建的硬件平臺上進行了uCOS嵌入式操作系統(tǒng)的移植，完成了利用觸摸屏進行控制的六腳爬蟲機器人運動控制軟件設(shè)計。實現(xiàn)了通過觸摸屏顯示六腳爬蟲機器人運動狀態(tài)和傳感器測量數(shù)據(jù)，并能通過觸摸屏按鍵控制六腳爬蟲機器人運動的功能。最后，利用開發(fā)完成的軟硬件控制系統(tǒng)進行了六腳爬蟲機器人運動控制實驗，取得了比較理想的效果。關(guān)鍵詞：六腳爬蟲機器人；觸摸屏；步態(tài)；uCOS嵌入式系統(tǒng)；STM32AbstractA few years ago, Bill Gates made a bold prediction as: The robo

17、t will appear in every ordinary family in the future. In other words, the robot will play an increasingly important role in the human life. Among them, the Multi-legged robots are receiving more and more attention from scientists for their excellent adaption to the environment. The thesis is based o

18、n the hexapod robot whose mechanical design was finished by project of 2010. My work is amid at studying the rule of motion and gait, and at developing the software and hardware system.Firstly, the thesis builds up the D-H coordinate system for a single leg of the robot, and solves the equation

19、s of motion and its inverse kinematics. And it achieves wave gait, tetrapod gait, tripod gait on the former basis. Besides, the thesis designs multiple special motions such as turning, crab-like walking, doing push-ups, and dancing. Whats more, it achieves free gait due to the force o

20、utput of flexiforce sensors equipped under the feet of the robot, resulting in the adaption to uneven ground. Secondly, the thesis designs the main control system of hardware based on the chip of STM32F107, and the peripheral circuits, for servo drive, sensors measurement, and wireless com

21、munication interface. Those make up the whole hardware control system. Thirdly, it transplants uCOS embedded control system based on the finished hardware system and completes the design of software system in which the touchscreen is used. Due to this application, the robot displays the state of the

22、 robot and the data from sensors, and controls the motion of the robot through buttons. Finally, we have carried out the gait and motion experiments on the basis of the finished hardware and software control system and got ideal results.Key words: hexapod robot; touchscreen; gait; uCOS embedded syst

23、em；STM321 緒論1.1課題的來源、背景和意義隨著世界科技的發(fā)展和人們生活水平的提高，機器人無疑將成為未來世界的寵兒。機器人可以代替人類完成重復(fù)性和枯燥的任務(wù)，可以為人類服務(wù)，也可以到人類不能去的危險區(qū)域探索作業(yè)。鑒于此，我們有必要加大對機器人領(lǐng)域的研究，去開發(fā)多功能的，環(huán)境適應(yīng)性強的新一代機器人。目前，在地面上能獨立行進并完成相應(yīng)功能的機器人主要有兩種，一種是由輪子驅(qū)動的輪行機器人，另一種是基于仿生學(xué)的步行機器人。輪行機器人的優(yōu)點是可以在平坦地面上穩(wěn)定快速行進且效率高；但其最大的缺點就在于對復(fù)雜地形的適應(yīng)能力差。而步行機器人可以在復(fù)雜的自然地形中較為容易的完成前進和探測。所以針對軍事偵

24、察，危險區(qū)域作業(yè)，星球探測，礦山開采等地面環(huán)境不確定性大的領(lǐng)域，步行機器人有更廣闊的應(yīng)用前景和更高的實用價值。而在步行機器人中，多足機器人因其較高的冗余度，是最容易實現(xiàn)穩(wěn)定行走的。由于六足機器人相對類人和四足機器人具有控制系統(tǒng)簡單、肢體冗余和行走平穩(wěn)等優(yōu)點，本課題我們選擇制作一個模仿昆蟲肢體結(jié)構(gòu)和運動控制策略的六足仿生機器人。為了適應(yīng)復(fù)雜多變的自然環(huán)境，在昆蟲身上進化出成百上千的感應(yīng)器來感測環(huán)境信息。本課題也試圖在機器人身上安裝各種傳感器來感測外部環(huán)境，讓機器人可以在未知的，復(fù)雜的環(huán)境中行走，完成一定的任務(wù)。當(dāng)然，試圖實現(xiàn)昆蟲所有感測功能是不現(xiàn)實的，我們只是模擬其一部分功能。同時，為了增強機器

25、人的實用性，我們提供了另外兩種控制方法，即觸摸屏控制和無線控制。本課題來源于學(xué)校國際交流國內(nèi)組實驗室建設(shè)項目，其目的是要制作一個六足仿生機器人，作為大專院校的教學(xué)實驗平臺或者科技館展覽之用。本課題是在上一屆學(xué)校國際交流項目的基礎(chǔ)上完成的，我們的目標(biāo)是開發(fā)一個集無線控制、觸摸屏控制、多傳感器探測于一體的六足機器人，并且要求機器人可以以多種步態(tài)行走，亦可以展示各種肢體動作，可以發(fā)聲。此六腳機器人已申請了實用新型專利，專利申請?zhí)枺?01120003138.9.本設(shè)計作為本課題的一部分，其目的是對六足仿生機器人的控制方法和運動步態(tài)策略進行研究，針對一個六足仿生機器人的本體設(shè)計完整的硬件控制系統(tǒng)，并設(shè)計

26、基于觸摸屏的軟件控制系統(tǒng)，用來顯示機器人的狀態(tài)和控制機器人的運動。最后，在機器人硬件平臺上對各種步態(tài)，動作，傳感器進行實驗，為進一步研究六足仿生機器人控制策略做好鋪墊。1.2.研究現(xiàn)狀及展望六腳仿昆蟲機器人在很多國家和高校都受到了重視，也是機器人領(lǐng)域的研究熱點之一。它的研究涉及到了生物科學(xué)，仿生學(xué)，機構(gòu)學(xué)，傳感技術(shù)及信息處理等多門學(xué)科。經(jīng)過近二三十年的研究發(fā)展，世界各國研制出了多款功能不同的六足機器人，現(xiàn)選取幾款有代表性的六足機器人，介紹其研究現(xiàn)狀，并對其研究趨勢做出展望。為配合美國宇航局的太空探測任務(wù)，1990年，美國卡內(nèi)基-梅隆大學(xué)研制出用于外星探測的六足步行機器人AMBLER，它采用了新

27、型的腿結(jié)構(gòu)，由一個在水平面內(nèi)運動的旋轉(zhuǎn)桿和在垂直平面內(nèi)作直線運動的伸展桿組成，并通過一臺32位的處理機進行控制，但由于體積和質(zhì)量太大沒能用于行星探測計劃。Irobot公司則于同一時期分別研制出兩臺六足機器人：Genghis，Attila和Hannibal。由于其腿部只有兩個舵機，所以行動稍顯笨拙。90年代早起麻省理工學(xué)院的AI實驗室根據(jù)機器昆蟲的思想研制出兩臺六足機器人，分別是Genghis和Hannibal，他們腿部分別有18個自由度，其強調(diào)了模塊化子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。由于采用了遞歸控制結(jié)構(gòu)， Genghis可以在復(fù)雜路面上行走，包括橫越陡峭的地勢，爬過高大的障礙，避免掉下懸崖。圖1- 1 AMBL

28、ER圖1- 2Genghis和Hannibal美國東北大學(xué)和德國Fraunhofer研究所于2001年一起研制了機器人Scorpion，它的設(shè)計思想來自于多足節(jié)肢動物的解剖學(xué)數(shù)據(jù)，并且可以防止機器人的腿部被障礙物卡住，它可以輕松的越過障礙物，并且可以爬坡。機器人的行走控制基于兩個仿生控制元：中央模式生成元和基本運動的高級行為元。同一時期，德國杜伊斯堡大學(xué)研制出機器人Tarry，它完善了更多的智能策略并加入了腿部反射。多足機器人的研制還出現(xiàn)這樣一種趨勢，即將腿式移動機構(gòu)的地形適應(yīng)能力和輪式移動機構(gòu)的高速高效性能相融合。如1992年日本東北大學(xué)研究開發(fā)出的腿輪分離型步行機器人Chariot。法國巴

29、黎第六大學(xué)的Bidaud博士則研制出機器人Hylos，它的每個腳底都有一個小輪子。另一個典型的代表就是美國宇航局的火星探測機器人，它的腿部有伸縮機構(gòu)，對地表的適應(yīng)性很強。圖1- 3Scorpion和Tarry圖1- 4Chariot和Hylos討論多足機器人不得不提到機器人“大狗”(Bigdog)，它是由波士頓動力學(xué)工程公司專門為美國軍隊研究設(shè)計。它被譽為當(dāng)前世界上最先進的，能適應(yīng)崎嶇地形的機器人，它不僅僅可以爬山涉水，還可以承載較重負荷，而且這種機械狗速度很快。在它的內(nèi)部安裝有一臺計算機，可根據(jù)環(huán)境的變化調(diào)整行進姿態(tài)?！按蠊贰奔瓤梢宰孕醒刂A(yù)先設(shè)定的簡單路線行進，也可以進行遠程控制。而大量的

30、傳感器則能夠保障操作人員實時地跟蹤“大狗”的位置并監(jiān)測其系統(tǒng)狀況。 圖1- 5Bigdog目前，多足步行機器人仍有很多問題需要解決，比如步行機器人的結(jié)構(gòu)仿生和控制問題，在凸凹地面上提高移動速度與身體平衡之間的矛盾等。據(jù)此，未來多足機器人的研究方向主要有三個方面：1.腿輪組合式步行機器人；2.微小型步行機器人；3.仿生步行機器人。1.3六腳機器人的控制算法和策略六腳機器人的控制算法一直是研究的重點。其控制可以分為兩個部分，步態(tài)規(guī)劃和行為控制。六足昆蟲最常見的有三種步態(tài)，即波動步態(tài)，四足步態(tài)和三足步態(tài)，其支撐身體的腿的個數(shù)分別為5，4，3 。目前，機器人實現(xiàn)類似昆蟲的步態(tài)主要采用以下方法

31、，即固化步態(tài)，分布神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和進化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。前者環(huán)境適應(yīng)性差，應(yīng)用受到了局限。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)步態(tài)控制經(jīng)過了三個發(fā)展階段，早期Randall D.Beer提出了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)想，隨后德國的Holk Cruse提出了昆蟲行走機制的六條規(guī)則，并以此建立了一種簡單的六足控制器“Walknet”。接著，Hamlet實驗小組提出了影響每條腿運動的“內(nèi)成約束”概念，并給出了度量這種約束的公式。而進化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制思想則嘗試讓機器人通過對自身行為的不斷嘗試，達到自己學(xué)會如何行走的目的，目前這一方法還在嘗試階段。另外，本課題還嘗試在機器人腳底安裝柔性力傳感器，利用腿部反射來提升機器人在復(fù)雜地表行進的能力，并據(jù)此產(chǎn)

32、生一種新的自由步態(tài)。作為一種移動的機器人，如何對機器人的各個層次上的功能（如電機的驅(qū)動、轉(zhuǎn)角的控制、腿部運動控制、平衡與行走、多傳感器協(xié)調(diào)等）進行控制，是一個必須面對的問題。麻省理工學(xué)院的Brooks教授早在八十年代初，就以生物的運動神經(jīng)系統(tǒng)模型為基礎(chǔ)，提出了分層控制結(jié)構(gòu)。從九十年代初的 Attila 和 Hannibal 到現(xiàn)在的 LauronIII，層次化控制結(jié)構(gòu)使各層之間的功能相對獨立，封裝和隱藏了對下層功能的具體實現(xiàn)，是控制系統(tǒng)設(shè)計更為方便簡潔，同時因為它是遵循節(jié)肢動物神經(jīng)系統(tǒng)的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)，具有穩(wěn)定、可靠和高效的優(yōu)點，一直作為多足機器人控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。1.4課題研究內(nèi)容對六腳爬蟲機

33、器人進行運動步態(tài)規(guī)劃并搭建機器人的控制系統(tǒng)。該六腳爬蟲機器人是仿生昆蟲的多自由度多傳感器智能機器人，要求對機器人做出多種步態(tài)規(guī)劃和肢體運動，使其滿足多種任務(wù)。控制系統(tǒng)要求能夠控制機器人的18個關(guān)節(jié)舵機平穩(wěn)運行，并且安排相應(yīng)IO口與各功能模塊相連接。另外，利用嵌入式uCOS系統(tǒng)對機器人進行多任務(wù)安排，并利用觸摸屏對機器人進行控制和顯示機器人相應(yīng)狀態(tài)。六腳爬蟲機器人要求滿足以下性能：1.六腳爬蟲可以完成前進，后退，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)，橫爬等運動；2.六腳爬蟲有多種步態(tài)，如三足步態(tài)，四足步態(tài)，波動步態(tài)，自由步態(tài)；3.六腳爬蟲可以完成抬腳，做俯臥撐，越障，簡單舞蹈等動作；4.六腳爬蟲控制系統(tǒng)穩(wěn)定，能驅(qū)動18個

34、舵機和接收多傳感器數(shù)據(jù)；5.六腳爬蟲可通過無線控制，觸摸屏控制，多傳感器控制三種方式運行；2 運動學(xué)分析與運動步態(tài)規(guī)劃2.1引言本畢業(yè)設(shè)計的六腳爬蟲機器人一共有18個關(guān)節(jié)舵機，其結(jié)構(gòu)屬于并聯(lián)機構(gòu)，為了對其進行運動規(guī)劃與步態(tài)控制，必須進行運動學(xué)分析。本章將利用機器人技術(shù)基礎(chǔ)里的知識對機器人的腿部機構(gòu)建立 D-H 坐標(biāo)系，并求出其運動學(xué)方程和反解，在此基礎(chǔ)上，對機器人的步態(tài)和各種身體運動姿態(tài)做出規(guī)劃，使機器人完成各種運動。同時，本章的每個動作都給出了實驗結(jié)果，作為對理論分析的一種驗證。2.2六角爬蟲機器人的機械結(jié)構(gòu)機器人高位站立時，身體前后長500mm，寬500mm，高260mm。左右對稱分布六條

35、腿，每個腿三個舵機，分別控制腿部的前后擺動、大腿的左右擺動和小腿的左右擺動。所選舵機為HS-645MG，供電電壓為6V時，提供扭矩為9.6kg*cm，足夠機器人三腳站立時支撐起身體。舵機直接驅(qū)動各個關(guān)節(jié)，中間無其它傳動環(huán)節(jié)。這樣機器人每條腿就有3個自由度，結(jié)果就使機器人擁有全方位的六自由度。圖 2- 1六腳爬蟲機器人三維建模和自由度分析對于每條腿，其結(jié)構(gòu)如下圖，各關(guān)節(jié)由舵機直接驅(qū)動，以舵機1旋轉(zhuǎn)軸為Z軸（豎直向下為正向），Z軸與大腿下支撐板上表面交點為原點，以過原點并與舵機2、3旋轉(zhuǎn)軸相平行的軸為Y軸（水平向前為Y軸），過原點水平向外垂直機器人的方向為X軸建立右手坐標(biāo)系（基坐標(biāo)系）。其中小腿關(guān)

36、節(jié)3軸心到腳底的垂直距離為L4=154mm，大腿兩關(guān)節(jié)2和3軸心垂直距離為L3=115mm，關(guān)節(jié)1和3軸心水平橫向距離為L2=20mm，關(guān)節(jié)2軸心距下支撐板上表面距離為L1=23mm。圖 2- 2六角爬蟲機器人腿部結(jié)構(gòu)及基坐標(biāo)系對于此三自由度腿部結(jié)構(gòu)，當(dāng)每個舵機的旋轉(zhuǎn)角度確定的時候，機器人腳的位置也就唯一確定；同理，當(dāng)確定機器人腳端到達的具體位置及方位時，各舵機相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度也是唯一確定的。以上兩個過程通過機器人腿部運動學(xué)方程的建立和運動學(xué)反解的求取即可確定。2.3六角爬蟲機器人腿部DH坐標(biāo)系的建立對于如圖2-2所示的機器人腿部結(jié)構(gòu)建立DH坐標(biāo)系，如下圖所示：圖 2- 3機器人腿部D-H坐標(biāo)系

37、小腿關(guān)節(jié)坐標(biāo)系O3在基坐標(biāo)系 O0中的齊次坐標(biāo)變換 0 A3就表示了足端在基坐標(biāo)系中的位置與姿態(tài)。根據(jù)圖2-3的坐標(biāo)系可以由0 A1、1 A2和2 A3得到如式所示齊次坐標(biāo)變換矩陣：0A3 = 0A1×1A2×2A3=cos1-sin100sin1cos100001-L10001×cos20sin2L20100-sin20cos200001×cos3-sin30L3sin3cos30000100001=cos1*cos2*cos3-sin1*sin3-cos3*sin1-cos1*cos2*sin3cos1*sin2L2*cos1+L3*cos1*cos

38、2cos1*sin3+cos2*cos3*sin1cos1*cos3-cos2*sin1*sin3sin1*sin2L2*sin1+L3*cos2*sin1-cos3*sin2sin2*sin3cos2-L1-L3*sin20001（2-1）而足端在小腿關(guān)節(jié)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為：B=L4001所以，足端在基坐標(biāo)系中的坐標(biāo)相應(yīng)為：P=0A3×B=L2*cos1 - L4*sin1*sin3 + L3*cos1*cos2 + L4*cos1*cos2*cos3L2*sin1 + L3*cos2*sin1 + L4*cos1*sin3 + L4*cos2*cos3*sin1- L3*sin2

39、- L4*cos3*sin2 - L11（2-2）其中第一、二、三行分別為足端在基坐標(biāo)系中相應(yīng)的X、Y、Z坐標(biāo)。這樣，當(dāng)確定了腿部三個舵機的旋轉(zhuǎn)角度1、2、3之后，就可以唯一的確定足端的位置。由舵機旋轉(zhuǎn)的最大角度為180度，根據(jù)他們的安裝位置，三個角度的取值范圍為：1（-90。，90。），2（-90。，90。），3（-160。，20。）2.4求運動學(xué)反解求機器人的運動學(xué)反解是指在已知小腿關(guān)節(jié)坐標(biāo)系相對于基坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣0A3的前提下，求解機器人的三個關(guān)節(jié)變量1、2和3。設(shè)0A3=nxoxaxpxnyoyaypynzozazpz0001 （2-3）由于機器人只有三個關(guān)節(jié)，轉(zhuǎn)換矩陣簡單，所以采取

40、直接對應(yīng)求取的方法。比較式（2-1）和（2-3）可得：cos2=az所以 2=cos-1az （2-4）可得sin2=±1-cos22 sin2*sin3=oz 3=sin-1±oz1-cos22 （2-5） sin1*sin2=ay 1=sin-1±ay1-cos22 （2-6）由式（2-4）、（2-5）和（2-6）就可以求出三個舵機對應(yīng)的轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)角值要在各個角的限定范圍里求取?？梢钥闯?， 1、3的值并不是唯一的。這樣在控制機器人各種步態(tài)和動作時，可以事先確定機器人軀干和腳端所要到達的各個點，然后求取相應(yīng)的各個舵機應(yīng)該旋轉(zhuǎn)的角度。在編程序時，以數(shù)組形式存儲這些數(shù)

41、據(jù)，并逐一發(fā)送給機器人，使其完成相應(yīng)動作。2.5六角爬蟲機器人步態(tài)規(guī)劃及實驗機器人一共有六條腿，18個關(guān)節(jié)，并且屬于并聯(lián)機構(gòu)，這樣在行進的時候運動和控制就比較復(fù)雜。本設(shè)計采取先對機器人單腿動作進行設(shè)計，即對機器人末端運動軌跡進行規(guī)劃，然后根據(jù)各個步態(tài)的實現(xiàn)方法，再對機器人進行步態(tài)規(guī)劃，實現(xiàn)各條腿之間的協(xié)調(diào)運動。機器人的三種基本步態(tài)：三腳步態(tài)，四腳步態(tài)和波動步態(tài)是基于分布式網(wǎng)絡(luò)進行的步態(tài)規(guī)劃。分布式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是模仿昆蟲每條腿的行走控制方式，其主導(dǎo)思想是將機器人整體的行走控制分化成一組神經(jīng)節(jié)，而每一個神經(jīng)節(jié)控制一條腿或多腿的運動細節(jié)，并且，神經(jīng)節(jié)之間建立了相互進行信息交換的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，使神經(jīng)節(jié)之間可以

42、相互作用和制約，以此實現(xiàn)多條腿在各種環(huán)境中的協(xié)調(diào)配合，實現(xiàn)行走功能。機器人采取周期性的節(jié)律步態(tài)，在不同的步態(tài)模式下，其移動速度是不同的。圖 2- 4昆蟲腿部運動模型圖上圖為昆蟲腿部運動模型圖，其中AEP（ Anterior Extreme Position ）和PEP（ Posterior Extreme Position）分別是腿部擺動的前后極限位置，機器人做節(jié)律步行時，步長S（AEP和PEP之間的距離）為常量。由于步行速度只與支撐腿的運動有關(guān)，因此，將單腿前擺的時間 t swing也作為常量處理。定義 t stance為一個周期內(nèi)單腿支撐時間，為著地系數(shù)（載荷系數(shù)），T 為單腿的運動周期。

43、即T=tstance+tswing，則有下式：=tstanceT=1-tswingT （2-7）單條腿的步行速度V可表示為V=Ststance （2-8）則由式2-7和式2-8可得：V=S*T （2-9）由上式可以看出，值越小，單條腿的行進速度越快，這與昆蟲的行走特點是相符的。設(shè)機器人有n條腿，則定義（穩(wěn)定系數(shù)）為步行過程中支撐于地面的腿的平均個數(shù)，它同時表述了機器人行進時的穩(wěn)定程度，值由下式?jīng)Q定=n* （2-10）在足步態(tài)模式下，當(dāng)(n-)條腿一組完成時長tswing的擺動過程后，隨即進入支撐階段，同時，其余的條腿在時長tstance的時間內(nèi)，分/(n -)組完成擺動，該過程可表示為：tst

44、ance=*tswing/(n -) （2-11）由式2-8和2-11，可得：V=Ststance=Stswing*（n -1） （2-12）將式2-10代入2-12，可得V=Stswing*（n -1）=Stswing*（1-1） （2-13）對于六足機器人，作為靜態(tài)穩(wěn)定行進的必要條件之一，瞬時支撐腿的個數(shù)至少為3，因此，的取值范圍為0.5 1，的取值范圍為3 6。當(dāng)不為整數(shù)時，瞬時處于支撐相的肢體個數(shù)與值不相等，其瞬間的運動組合處于變化狀態(tài)。而要使步行速度從某個初值開始，連續(xù)地增加或減少至某個終值，則步態(tài)模式亦應(yīng)從初始值平滑地轉(zhuǎn)化為目標(biāo)值，這個步態(tài)轉(zhuǎn)化過程即形成了連續(xù)步態(tài)（調(diào)整值的大?。?。

45、并且值越大，單位時間內(nèi)支撐在地面上的腿的個數(shù)越多，承受載荷的時間越長，機器人行進也越穩(wěn)定。本設(shè)計只選取了其中的三腳，四腳和波動（五腳）步態(tài)，作為研究。設(shè)定L1、L2、L3分別是機器人的左前腿、左中腿、左后腿；R1、R2、R3分別是機器人的右前腿、右中腿、右后腿。圖 2- 5機器人腿部標(biāo)記三腳步態(tài)，其值略大于0.5，它是六腳機器人行走時，速度最快但也最不穩(wěn)定的一種步態(tài)。它將機器人六只腳分成兩組，L1，L3和R2一組，R1，R3和L2一組。機器人行進時兩組腿交替前擺和著地后撥。在兩組腿交接時，瞬間六條腿同時著地，是為了增強機器人的穩(wěn)定性。編程序時，將機器人每條腿單周期T分為四個步驟，分別是上抬，前

46、擺，下落，后擺。設(shè)定，四個步驟的時間分別為T1，T2，T3和T4（下同）.T1+T2+T3=5T/12（T1，T2，T3均為5T/36），T4=7T/12；機器人行進規(guī)則為R1，L2，R3一起抬腿，7T/12之后R2，L3，L1一起抬腿，然后依次循環(huán)。下圖中，黑色表示腿著地，白色表示腿騰空（下同）。圖 2- 6三腳步態(tài)其在機器人上的實驗結(jié)果如下：圖 2- 7機器人六只腳分兩組依次邁腳四腳步態(tài)值約為 0.67，是相對緩慢的一種步態(tài)，每一時刻都有 4 條腿在地面支撐，其行進速度和承受載荷大小分別介于三腳步態(tài)和波動步態(tài)之間。它將機器人六條腿分為三組，分別是L1，R2一組，L2，R3一組，L3，R1一

47、組。其中T1+T2+T3=T/3（T1，T2，T3均為T/9），T4=2T/3；R1，L2一起抬腿，T/3之后R2，L3抬腿，再T/3后R3，L1抬腿，然后依次循環(huán)。圖 2- 8四腳步態(tài)其在機器人上的實驗結(jié)果如下：圖 2- 9機器人六只腳分三組依次邁腳波動步態(tài)值大約為 0.83，它是行進最為緩慢，但最穩(wěn)定的一種行進方式，每一時刻都有5條腿著地，單個腿依次前邁。T1+T2+T3=T/6（T1，T2，T3均為T/18），T4=5T/6；行進規(guī)則為R1抬腿，T/6后R2抬腿，依次R3，L1，L2，L3，間隔時間均為T/6，依次循環(huán)。圖 2- 10波動步態(tài)其在機器人上的實驗結(jié)果如下：圖 2- 11機器

48、人六只腳依次邁腳2.6六角爬蟲機器人自由步態(tài)的實現(xiàn)以上三種步態(tài)，均是預(yù)先將機器人各關(guān)節(jié)舵機的值及運動規(guī)則存儲在程序中，其只能在平坦的地面上行進，而我們提出了一種機器人自由步態(tài)的實現(xiàn)方式，它可以使機器人行進在凹凸不平的地面上，或者在斜坡上行進。自由步態(tài)的實現(xiàn)方式是在Cruse方法的基礎(chǔ)上加入了腿部反射實現(xiàn)的。Cruse教授基于分布式節(jié)點的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提出了六條運動規(guī)則，分別為：規(guī)則一：作用腿在前擺時，會抑制被作用腿的前擺；規(guī)則二：作用腿支撐的開始將會激發(fā)被作用腿的前擺；規(guī)則三：作用腿越接近后端位置，就會越強烈的激發(fā)被作用腿的前擺；規(guī)則四：前腿告知后腿可落地的位置；規(guī)則五：一條腿載荷的增大，將會激發(fā)其

49、他腿支撐時間的延長；規(guī)則六：前腿會避免后腿踩踏自己。在設(shè)計時，我們在機器人的每個腳底均添加了一個柔性力傳感器，它可以檢測出腳底的受力大小。步態(tài)規(guī)則是在四腳步態(tài)的基礎(chǔ)上修改而成，與其不同點為：1. 機器人六條腿分為三組，后一組邁腳是建立在前一組腳均已著地（此時柔性力傳感器輸出電阻值明顯變化）的基礎(chǔ)上；2. 機器人某一只腳承載明顯偏大（柔性力傳感器輸出電阻值較?。瑒t機器人調(diào)整位姿，受力偏大腳上抬，偏小腳下降；這樣，在機器人行進（包括前進，后退，左右轉(zhuǎn)）時，遇到障礙物或者地表不平時，就可以保持身體水平和受力均衡。機器人自由步態(tài)實現(xiàn)結(jié)果(以書和木板模擬凸凹不平地面):圖 2- 12自由步態(tài)實驗2.7

50、六角爬蟲機器人其它動作的實現(xiàn)左右轉(zhuǎn)，以左轉(zhuǎn)為例。在四腳步態(tài)基礎(chǔ)上修改而成，只是每一組腳起步時，左腳起腳前邁，而右腳起腳后擺。其順序為：左腳：抬腿前擺下落后擺右腳：抬腿后擺下落前擺各動作時間、每組腳間的運行規(guī)則與四腳步態(tài)相同。左轉(zhuǎn)實驗結(jié)果,機器人走了九步，旋轉(zhuǎn)了大約90度：圖 2- 13機器人轉(zhuǎn)彎實驗橫爬，以右移為例。也是在四腳步態(tài)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)，左側(cè)腿的動作依次為T1抬腳，T2收小腿（包含腿的下降），T3外推；右側(cè)腿的動作依次為T1抬腳，T2外推（包含腿的下降），T3收小腿。其中T1+T2+T3=T，則T1+T2=T/3，（T1，T2均為T/6），T3=2T/3，此處左右腿T1，T2，T3代表意

51、義不一樣。六條腿的分組方式及相互協(xié)同關(guān)系與四腳步態(tài)一樣。實驗結(jié)果如下：圖 2- 14機器人橫爬實驗打招呼，機器人中間兩條腿高位站立，后兩條腿低位站立，前兩條腿伸前，其中左腿上下擺動（第三關(guān)節(jié)舵機左右旋轉(zhuǎn)），右腿左右擺動（第一關(guān)節(jié)多接左右旋轉(zhuǎn)）。做俯臥撐，機器人六條腿撐開，每條腿第一第二關(guān)節(jié)同時旋轉(zhuǎn)，使機器人上下躍動，并保持小腿與地面垂直。跳舞，依次執(zhí)行以下動作，1. 前后四腿支撐，中間兩條腿持平交替前后擺；2. 中間兩條腿波動；3. 機器人收腳并慢慢臥倒，水平伸直六條腿；4. 六條腿水平交叉擺動，依次豎直，擺平，豎直，小腿持平；5. 擺動謝幕，收腳，慢慢站立；打招呼實驗結(jié)果：圖 2- 15機器

52、人打招呼實驗做俯臥撐實驗結(jié)果：圖 2- 16機器人做俯臥撐實驗舞蹈動作實驗結(jié)果（部分）：圖 2- 17機器人跳舞實驗2.8本章小結(jié)本章主要對機器人進行了運動學(xué)分析，步態(tài)、動作的規(guī)劃和試驗結(jié)果展示。其中在運動學(xué)分析中建立了機器人的DH坐標(biāo)系，并求出了機器人的運動學(xué)方程和反解。在步態(tài)分析中，給出了機器人三種步態(tài)的實現(xiàn)原理和方式，給出了自由步態(tài)的實現(xiàn)機理和特點。并且實現(xiàn)了機器人左右轉(zhuǎn)，前進后退，橫爬的算法和具體的實現(xiàn)方法；設(shè)計了機器人的一些簡單動作，豐富了機器人的功能。通過試驗展示了以上各種動作，驗證了理論分析。3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1引言一個完整的機器人系統(tǒng)包括機械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩個部分，其中機

53、械系統(tǒng)就相當(dāng)于機器人的軀干，而控制系統(tǒng)則是機器人的大腦和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。其中控制系統(tǒng)又包括兩個部分，即硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。本課題的控制系統(tǒng)硬件設(shè)計就是要選定機器人的主控制器、舵機驅(qū)動模塊和觸摸屏連接驅(qū)動方式，設(shè)計各傳感器的連接電路和與上位機（電腦）的無線連接電路?？傊布到y(tǒng)設(shè)計就是要搭建機器人的控制結(jié)構(gòu)，為機器人指令（程序）的執(zhí)行做好鋪墊。本章針對六足機器人的機械結(jié)構(gòu)特點和要完成的任務(wù)，設(shè)計了機械人的硬件系統(tǒng)。它是基于ST公司的STM32F107VC主控制芯片展開的。3.2六腳機器人對控制系統(tǒng)的設(shè)計要求六腳機器人有其自身的特點，這些特點對控制系統(tǒng)提出了一些特殊的要求，從機器人的結(jié)構(gòu)特點和要完成的

54、任務(wù)來看，六足機器人對控制系統(tǒng)硬件設(shè)計提出了以下要求：（1）多自由度協(xié)調(diào)控制。六足機器人總共有18個驅(qū)動舵機，其相當(dāng)于并聯(lián)結(jié)構(gòu)，機器人的各種步態(tài)和動作的完成，都是通過關(guān)節(jié)間的協(xié)調(diào)運動來完成的，因此必須對這些關(guān)節(jié)進行協(xié)調(diào)控制，并且對主控制芯片的處理速度和內(nèi)部存儲器的容量有較高的要求。（2）多傳感器和觸摸屏支持。機械人要通過傳感器對外界信息進行感知，還要通過觸摸屏進行控制與狀態(tài)顯示，主控制芯片必須與這些傳感器電平兼容，并且，要有充足的IO口與傳感器和觸摸屏相連接。考慮到以后機器人還會有其它傳感器的接入，主控制器必須有多余的IO口供機器人傳感器的功能擴展。（3）機器人之間和與上位機的無線通訊接口。機

55、器人要滿足通過電腦進行無線控制的功能，并且在一個機器人無法完成任務(wù)時，又需要多個機器人的協(xié)作，機器人上應(yīng)該安插無線通信模組，為多機器人協(xié)作的研究奠定基礎(chǔ)。3.3硬件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)硬件系統(tǒng)主要包括四個部分，分別是：1.主控制板，其是主控制芯片STM32F107VC的最小系統(tǒng)板；2.驅(qū)動模塊，選擇Parallax公司生產(chǎn)的Propeller Servo Controller USB作為舵機的驅(qū)動模塊，用以驅(qū)動18個關(guān)節(jié)舵機和1個超聲波模塊承載舵機，由主控制芯片向驅(qū)動模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，并由驅(qū)動模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁鱾€舵機使其旋轉(zhuǎn)一定角度；3.各傳感器模塊，機器人現(xiàn)在已經(jīng)安裝的傳感器有7個，包括RFID模塊，GPS模塊，超聲波模塊，紅外探測傳感器，指南針模塊，溫濕度測量模塊，柔性力傳感器，各傳感器向主控制芯片傳輸采集到的數(shù)據(jù)。4.XBee無線通信模組，用以實現(xiàn)機器人與電腦或機器人之間的無線通信要求，其數(shù)據(jù)傳輸是雙向的；5.觸摸屏模塊，用以顯示機器人的運行狀態(tài)和傳感器采集到的數(shù)據(jù)，并且可以通過按鍵控制機器人的運動，其數(shù)據(jù)流是雙向的；6.發(fā)聲模塊，機器人可以通過主控制芯片將要發(fā)出聲音的文本傳輸?shù)桨l(fā)聲模塊使其發(fā)出相應(yīng)的聲音，