六足机器人有强大的运动能力,采用类似生物的爬行机构进行运动,自动化程度高,可以提供给运动学、仿生学原理研究提供有力的工具。本设计中六足机器人系统基于仿生学原理,采用六足昆虫的机械结构,通过控制18个舵机,采用三角步态和定点转弯等步态,实现六足机器人的姿态控制。系统使用RF24L01射频模块进行遥控。为提高响应速度和动作连贯性,六足机器人的驱动芯片采用ARM Cortex M4芯片,基于μC/OS-II操作系统,遥控器部分采用ARM9处理器S3C2440,基于Linux系统。通过建立六足机器人的运动模型,运用正运动学和逆运动学对机器人进行分析,验证机器人步态的可靠性。
机器人部分
①主控芯片
机器人主控芯片采用先进的ARM Cortex M4架构的STM32F407芯片。具有浮点型运算能力,增强型的DSP处理指令,主频高达168MHz,拥有高达1M字节的片上内存。本设计所选用封装为LQFP100封装,有多达80个IO口,9个通用定时器,20路以上的PWM输出通道,因此有足够的硬件资源满足本系统的设计需要。
②结构设计
六足机器人每条腿有三个自由度,前两个自由度的转动轴线相互垂直,后两个自由度的转动轴线相互平行,分别由三个独立的舵机驱动。根据所需扭力和成本,选择辉盛MG995舵机。
③遥控器部分
遥控器部分使用基于ARM920T核心的S3C2440A微处理器,主频可达400MHz,并且包含MMU内存管理单元提供了对Linux,Windows CE等操作系统的支持。
④RF射频通信部分
nRF24L01是一款工作在2.4~2.5GHz世界通用ISM频段的单片无线收发器芯片。无线收发器包括:频率发生器、增强型SchockBurstTM模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器、解调器。输出功率、频道选择和协议的设置可以通过SPI接口进行设置。
多足机器人之所以有存在的价值,就是因为它能够适应非结构环境,能够在崎岖不平的的恶劣路面上行走,这是它优于轮式和履带机器人的关键之处。显然,如何设计多足机器人的腿(脚),使其能够适应复杂地面状况的运动,这是目前众多研究人员仍在研究的目标。本作品因为没有安装足部的接触传感器,所以,并不能实现非平坦地面的行走,这是需要继续改善的一个方面。
①为本系统建立友好的人机界面。通过人机交互能够实时显示六足机器人的所有状态,并方便用户传达控制命令。
②为各个部件建立即插即用的功能,并能够自动识别在步行机器人构型中的位置和功能,使机器人具有可重构性,即在不改变软硬件的情况下实现机器人的重新构型,这就要求系统能够自动进行识别。使系统具有即插即用的可靠性即容错能力。
③引入操作系统,增加了系统的可扩展性,随着开发的深入,机器人可能需要增加一些特别的能力,比如视觉模块,GPS(全球定位系统)模块等等。