四足仿生机器狗行走步姿控制 文章从仿生学出发，设计出了一款基于STM32的四足机器狗，模拟了犬类的行走姿态。控制器主要以STM32为核心，它接收到来自上位机软件所发出的舵机指令，再利用芯片产生的9路标准脉宽型控制协议控制机器狗的每个关节运动，从而实现相应的运动步态。 标签：STM32；机器狗；舵机 Abstract： Based on bionics， this paper designs a quadruped robot dog based on STM32， and simulates the walking posture of dogs. The controller mainly takes STM32 as the core， which receives the steering gear instruction from the upper computer software， then uses the 9 channels standard pulse width control protocol produced by the chip to control each joint movement of the robot dog， thus realizing the corresponding walking posture. Keywords： STM32； robot dog； steering gear 1 概述 目前，在研究领域中，移动机器人平台的开发处于一个较活跃而且重要的地位。从移动方式的不同，大致可把移动机器人分为两种。一种是滚轮式机器人，另一种是足式机器人。特别是四足机器人具有行走效率高的特点。本文以模拟犬类的四足机器人为研究对象，研究了四足仿生机器狗行走步姿控制问题[1]。本机器人以STM32为核心控制芯片[2]，以舵机为动力源，能为四足机器人平稳运动提供可靠的保障。 2 四足仿生狗运动结构 文中的四足仿生机器狗采用了如图1所示的结构。整体由4条腿，外加1个头部构成。每条腿有2个关节，分别由2个伺服电机配合法兰盘等结构件链接组成；加上头部，全体即共有伺服舵机9个。机器人的左右腿呈对称结构，前腿分布较后腿宽些，增大脚掌爬行时与运动平面的接触面积，从而增大抓地力，也提高了机器狗整体的平衡性。由各条腿的2号舵机协同工作进行机器人在整体上面的移动，由1号舵机来调节各动作时的姿势，使其稳定运作。由控制器协调各个舵机按特定方向转动特定的角度，停定在预设的位置；或者通过事先设置好相应的姿势，利用各姿势的时间差区别开来，巧妙地将每个姿势两两相连形成一连串的仿生动作。该四足机械狗结构能够满足自然界中大部分四足生物的各种爬行动作和姿态[3]。 3 四足仿生机器狗的控制电路 主控电路、通信电路和电源电路构成控制系统的三大组成部分。 主控电路的核心是STM32F103VET6，它通过响应PC端和遥控端的信号，控制机器人上9个舵机的工作。 PC端通过USB线连接到主控制器中的USBRT接口，然后进行上位机操作产生代码数据，数据传输至与USBRT相连接的RS232总线驱动和接收器MAX3232上，并由其将STM32异步通信口的TTL电平转换为RS232电平，从而达到两者通讯的目的。 遥控端是采用2.4GHz频段的无线通信方式与控制板之间连接。用户可以通过上位机自定义遥控手柄按键的功能，从而实现对应的功能。 电源为机器人各部分运作提供了所需的能量。由于电流波动往往会促使机器人运行不稳定，为了提高整体运行效率，本文的控制系统和舵机驱动采用分立供电的方式。机器人使用的舵机是ToWerPro MG996R大扭力舵机，工作电压范围在4.8～6.6V；STM32芯片工作电压范围在2.0～3.6V。外电路部分使用了AMS1117-3.3降压稳压器模块，其作用是为芯片工作提供3.3V的稳定电源。外电路是采用一个7.4V的航模电池作为整个机器人的供电电源。 4 四足仿生机器狗的行走步姿控制 步姿控制分为两步：单步姿设计、多步姿组合。 利用STM32上位机对机器狗的9个舵机分别控制。上位机最多可以对32个舵机进行控制，本文只需控制9个舵机。上位机模拟舵机分布图，如图2所示。每个舵机控制面板内设有拉条，每一个拉条控制对应输出端上的舵机在120度内转动，往左拉舵机逆时针旋转，往右拉舵机顺时针旋转，每拉动一格舵机拉条便舵机转动一个固定角度，也可输入值，例如五号舵机图3，利用软件的储存功能对机器狗一个动作每一个姿态中九个舵机的不同角度进行存储，完成机器狗单步姿的設计。再通过每个不同姿态的舵机位串联在一起就能实现机器狗的多步姿组合。 5 结束语 本文实现了基于STM32芯片控制的四足机器狗，它可在地面正常爬行并按照自编排的姿态完成一系列连贯动作，在运动过程中较为稳定，并且芯片对于各舵机的旋转角度的控制也较为精准。该四足机器仿生狗拥有外设扩展功能强大，体积小的优点。下一步将改进机械结构，优化程序设计。 参考文献： [1]陈德明.四足仿生机器人运动控制系统的设计与实现[D].西北工业大学，2007. [2]范甜甜，俞志伟，杨屹巍，等.基于STM32F103VET6的四足机器人控制系统设计[J].机械与电子，2012（12）：53-55. [3]孙立宁，王鹏飞，黄博.四足仿生机器人嵌入式多关节伺服控制器的研究[J].机器人，2005，27（6）：517-520. [4]张建，尹学爱.攻击型四足仿生轮式机器人设计[J].科技创新应用，2017（33）：39-41. [5]王睿.基于Arduino的视觉四足步行机器人的研究[J].科技创新应用，2016（10）：71. 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/9724ae27122de2bd960590c69ec3d5bbfd0ada8c.html