毕业设计（论文）-基于人机交互的舵机机器人的运动控制分析.doc

毕业设计基于人机交互的舵机机器人的运动控制分析机械工程系学生姓名： 学号： 机械电子工程系 部： 专 业： 指导教师： 二零一五 年 六 月诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 基于人机交互的舵机机器人的运动控制分析 系部： 机械工程系 专业： 机械电子工程 学号： 112012302 学生： 冯浩科 指导教师（含职称）： 刘嘉（讲师） 1课题意义及目标本课题通过研究舵机机器人底层控制程序的控制策略，利用人机交互信号对机器人实现控制。2主要任务完成舵机机器人控制程序的学习，编写舵机机器人的控制程序，实现舵机机器人的特定运动。完成输入装置与舵机机器人接口的程序编写及控制，实现输入信号向舵机机器人各控制器的传输。完成外部输入信号变换与舵机机器人运动的匹配，实现舵机机器人基于人机交互的自动运行。提交设计说明书一份，控制程序及运动仿真过程视频各一份。3主要参考资料1 濮良贵.机械设计 M.第八版.北京：高等教育出版社，2012.2 孙桓.机械原理 M.第七版.北京：高等教育出版社，2012.3 刘金琨.机器人控制系统的设计与MATLAB仿真M.北京：清华大学出版社，2008.4进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1查阅文献，完成开题报告3月3日3月23日2完成舵机机器人控制程序的初步建立3月24日4月13日3完成外部信号输入系统与机器人的协同工作4月14日5月4日4完成分析、数据比较并撰写设计说明书5月5日6月1日5提交及修改设计说明书，答辩6月2日6月22日审核人： 年 月 日基于人机交互的舵机机器人的运动控制分析摘 要：机器人历经了几十年的发展，现在已深入到人类的各个领域。机器人不但可以代替我们进行反复无聊的工作甚至危险工作，也可以代替人们进行高精度的工作。而双足机器人由于它独特的适应性和拟人性，成为了机器人领域的一个重要发展方向。通过对机器人进行相应的运动控制，可以实现机器人的复杂运动，因此对机器人的运动控制进行分析成为机器人研究的重要内容。本文应用Bioloid机器人套件组建双足舵机机器人。首先设计了机器人的本体结构，选择并使用了高效能，大扭矩，易定位的AX-12+舵机，配合各种套件组装成一个可以平稳站立并行走，可以做出简单动作的机器人。使用RoboPlus软件中的RoboPlus Motion(动作编辑)来对各舵机进行编辑和存储特定动作，用RoboPlus Task(行为控制)执行已储存的动作档，使机器人可以独立完成特定动作，并针对RC-100控制手柄进行了程序编写，使舵机机器人根据RC-100发出的不同信号进行相应的动作，从而实现基于人机交互控制的舵机机器人运动。关键词：舵机机器人，人机交互，运动控制，RoboPlusMotion control of servo robot based on human-computer interactionAbstract：After decades of development, the robot has now gone into the various fields of human beings. The robot not only can replace the boring work and even dangerous work, but also can replace the high accuracy of the work. Because of its unique adaptability and the humanoid nature, biped robot has become an important developing direction in the robot field. By controlling the motion of the robot, it can realize the complex movement of the robot. Therefore, the robot motion control strategy is the important content of the robot research.This paper using the Bioloid to build a robot with two legs. Designing the robot bodys structure at first,then selecting and using the AX-12+ servos that is high efficiency,high torque and easy position, with all suite assembled into a robot who can smooth standing and walking ,it can make simple movements also. Using RoboPlus software RoboPlus motion (motion editing) to edit and store a specific action of the steering gear, and using RoboPlus task (control) executive action file stored so that the robot can independent action, and writing the RC-100 control handle of the program , the robot can correspond action according to the different signal from RC-100 issued, so it realizes the human-computer interaction control of the servo robot .Keywords: servo robot, human-computer interaction, motion control, RoboPlus目 录1 绪论11.2 机器人的发展史及发展趋势11.3 Bioloid套件21.3.1 Bioloid零件介绍21.3.2 Bioloid的丰富功能41.3.3 Bioloid使用时的注意事项51.4 论文的主要研究工作52 机器人控制系统硬件设计62.1 控制器CM-53062.2 舵机的选择及工作原理82.2.1 舵机的选择82.2.2 舵机的工作原理92.2.3 AX-12+舵机的控制92.3 感应元件92.5 本章小结103 机机器人控制系统软件设计113.1 RoboPlus113.1.1 RoboPlus Task113.1.2 RoboPlus Motiom123.1.3 RoboPlus Manager133.2 烧录下载至控制器143.3 本章小结164 舵机机器人的行为控制174.1 舵机机器人信号的输入和输出174.2 行为控制逻辑（RoboPlus Task）174.3 RoboPlus Task的使用174.4 RoboPlus Task命令语法194.5 Task函数变量204.6 控制器变量（Controller）214.7 RoboPlus Motion程序的编写234.8 RC-100控制手柄和手柄控制程序的编写244.8.1 RC-100控制手柄244.8.2 手柄控制程序的编写254.9 本章小结265 舵机机器人控制系统的总结与展望275.1 舵机机器人控制系统的总结275.2 舵机机器人控制系统的展望27参考文献29致 谢3133太原工业学院毕业设计1 绪论本章主要是介绍本课题的研究背景，然后简单介绍了当前国内外机器人的研究进展和主要发展趋势。最后介绍了本论文的主要研究工作。1.1 课题研究背景机器人自从20世纪出现以后，经过几十年的发展改进，现在广泛应用在工业、建筑业、农业、医学和军事等领域。机器人用途广泛，他大到可以提升国家的军事水平，小到服务人们的日常生活。机器人不怕脏不怕累，不受工作环境的影响，可以做人类更精密的工作，因此在世界范围得到广泛应用。可以说机器人技术代表了一个国家的科技水平。人机交互机器人，即通过输入装置对机器人发出信号，机器人接收到信号以后并作出相应的动作，完成人机交互。目前应用最广泛的工业机器人就是通过计算机输入信号，对机器人进行运动控制，从而使机器人完成工作任务。1.2 机器人的发展史及发展趋势 机器人一词来源于捷克语robota，意思是强迫性劳动。一种看似人类的及其，能够模仿人类的各种复杂动作，例如步行与劳动。公元1920年代捷克作家Karel Capek写的戏剧R.U.R（Rossums Universal Robots）中创造了机器人一词。然而在捷克语中Robota愿意为奴隶或被强迫工作者，翻译成英文，则变成Robot。40年代，美国橡树岭国家实验室研究出搬运核原料的遥控式主从机械手。50年代初，美国MIT发展的数控技术为机器人在控制方面做了准备。1961年Unimation公司生产的第一台工业机器人，取名为啊Unimate。1962年美国机械与铸造公司（AMF）试制出Versatran工业机器人，意思是多用途搬运机器人。60年代到70年代：机器人技术获得更进步的发展。80年代，微电脑技术的提升推动了机器人技术发展，使机器人应用达到了新的水平。90年代，由于人工智能、微电脑技术和感应器迅速成长，使得机器人研究在高水平和高质行效率下进行。进入21世纪，未来的机器人技术将向着具有步行能力、环境自主性高、具有多种感觉能力的智能机器人方向发展1.3 Bioloid套件 Bioloid，是一种全方位的的机器人套件，能够根据使用者的想法，来组装出各种形态的机器人。Bioloid机器人教育套件，给人第一印象就是:像个积木。积木可以自由组合成任意的“实体”形态，但却不具备任何的思考能力。因此，Bioloid机器融合积木的优点（可以组装出各种实体形态，也可以无限扩充），并提供程序设计界面、控制器、智慧伺服马达与感测模块；通过整合应用，帮助设计出机器人的行为。此外，革命图控化的程序环境，大幅推翻旧有的设计形态；让程序设计不再枯燥乏味，反而更平易近人。Bioloid是由bil+all+droid三个单字所组成，意味着所有的生物，都能藉由机器人，具体化的表现出来。1.3.1 Bioloid零件介绍一套完整的Bioloid包括舵机、CM-530控制器，电池，控制手柄，各种组装套件和接线等组成，见图1.1。图1.1 Bioloid零件使用者可根据自己的想法，创作出多种机器人。比如感应式机械花、机械龟、机器恐龙、小型挖掘机、蜘蛛机器人、四足机械小鹿、机器狗和双足机械人等等，见图1.2。使用者可使用不同的组件进行组装，组建出心仪的机器人，进而学到对机器人不同部分的认识。图1.2 Bioloid组装成的各种机器人1.3.2 Bioloid的丰富功能Bioloid机器人的运作，藉由各种接收得到信息 （像是感测模块与伺服马达的信息）,来协调整体的行为。例如：（1）使用者拍掌时，机器狗听到后站起来。当听到两下拍掌时，机器狗边坐下。（2）当客人接近时，机器人能够与其打招呼（3）机器人能够避开障碍物（4）机器人能够进行游戏除此之外，能够藉由无线通讯（红外线遥控、ZigBee无线模块）来控制机器人。甚至不需要与机器人相关的专业背景，也能藉由产品所搭配的软件，设计机器人的运动与行为。1.3.3 Bioloid使用时的注意事项（1）在组装Bioloid机器人时，必须使用套件提供的器材，不可私自使用不符合规定的器材，以防对机器人造成损害。（2）严格按照组装手册进行组装，必须确保每个舵机在机器人身上的位置跟组装手册一致。（3）因人为因素使机器人做出危险动作时，应及时关闭电源，减少机器人损坏的几率。（4）避免机器人从高处摔落，机器人请避免放置在潮湿处、强烈阳光暴晒或高温环境下。1.4 论文的主要研究工作本文以舵机机器人为研究对象，编写控制程序，通过信号输入装置（控制手柄）对机器人输入信号，让机器人运行特定的动作，完成人机交互运动。实验采用Bioloid机器人套件为实验机器人，运行环境在室内，通过RC-100手柄上的不同按键发射出的信号，使机器人头部的信号接收器接收并传送到控制器CM-530进行信号分析处理，从而使各舵机进行运转，使舵机机器人做出特定的动作,达到课题目的。2 机器人控制系统硬件设计本论文设计的双足舵机机器人，使用的是Bioloid套件。在舵机机器人的控制系统硬件设计主要是对控制器CM-530、舵机、感应元件等进行选择设计。下面对Bioloid套件中的CM-530、舵机、感应器元件进行介绍。2.1 控制器CM-530CM-530是Bioloid套件中的核心，用来连接Dynamixels系列（AX-12+、AX-S1、AX-20等等) 以及OLLO组件（Geared Moto BOX、Touch Sensor、LED Module、IR Sensor,etc)和周边设备（包含各种感应器）。可以使用RoboPlus Motion(动作编辑)编辑和存储特定动作。可以利用RoboPlus Task(行为控制)执行已储存的动作档（mtn文件）。也可以写入任务程序来控制每个组件动作。CM-530有三种模式，管理（MANAGE），程序化（PROGRAM）和动作（PLAY）模式，如图2.1。如果只有一个LED闪烁，这表示在待机模式。如果MANAGE指示灯亮着，这代表是在管理模式。如果PROGRAM指示灯亮着，这代表它是在程序化模式。如果在待机模式下按下MODE按钮，这代表是在动作模式。图2.1 CM-530控制器CM530上接口众多，且每个接口的功能用途都不一样。下面对接口一一介绍：PC Link(Serial Cable): 用来连接CM-530和PC。也可以用来与其他PC连接和下载任务程序。Communication Device Connection Port：无线模块（ZIG-110），与红外线接收器或其他模块连接使用。Battery Jack：电池插座。Power Jack：电源插座。Mode LED：显示操作模式之LED。Status LED：显示状态之LED。Power LED：显示电源开关状态之LED。Power Switch：电源开关MODE Button：模式切换按钮。START Button：执行所选择的模式。U/L/D/R Button：程序运行时，发送指令给机器人使用。AX-12+ BUS Port：AX12+ Dynamixel串接插座。Peripheral Devices Connection Port：l连接距离传感器、触碰传感器、红外线传感器以及周边设备。2.2 舵机的选择及工作原理舵机由外壳、电路板、直流电机、齿轮组与位置检测器组成的，它作为机器人的运动关节，是机器人实现运动不可缺少的部分。舵机内建了微控器，可以控制速度、旋转位置感测温度读取设定值等。除此之外当马达旋转超出我们预设的安全范围（温度过高、过载或其他错误情况），会自动关闭以避免损坏，并发出声音警告使用者。2.2.1 舵机的选择传统的舵机有三条控制线,分别为:电源线、地线及控制线。电源线与地线用于提供内部的直流马达及控制线路板所需的电源,电压通常介于4V一6V之间,该电源应尽可能与处理系统的电源隔离(因为马达会产生噪音)。同时,舵机在重负载时也会拉低放大器的电压,所以整个系统的电源供应的必须合理。本论文选用AX-12+舵机，如图2.2，是由于Dynamixe系列中AX-12+专用机器人伺服电机与传统的伺服电机相比不但具有位置反馈，而且还具有速度反馈与温度反馈的功能，支持高速串行网络。这样选择AX-12+就可以更好的完成机器人的驱动任务。综上所述，AX-12+数字伺服电机具有高效能，串接式，连接简单，全方式360定位等特点，适合多关节系统的应用（如机械手臂，六足、双足机器人）。图2.2 AX-12+舵机2.2.2 舵机的工作原理舵机是一个典型的闭环反馈系统，其工作原理如下减速齿轮组由马达驱动,其终端(输出端)带动一个线性的比例电位器作位置检测,该电位器把转角坐标转换为一比例电压反馈给控制线路板,控制线路板将其与输入的控制脉冲信号比较,产生调整脉冲,并驱动马达正向或反向地转动,使齿轮组的输出位置与期望值相符,令调整脉冲趋于为O,从而达到使舵机精确定位的目的。2.2.3 AX-12+舵机的控制AX-12+数字伺服电机不像一般的R/C微伺服电机（舵机）使用PWM（脉冲宽度调制）控制，其需要使用CM-5DynamixelAX12+伺服电机专用控制器控制，见图2.3。当用做关节电机时，可以旋转0300；当用作轮子驱动时，可以选择360连续旋转模式。更重要的是AX-12+提供了高达16kgcm的扭矩，是一般数字舵机的2倍。图2.3 AX-12+与CM-5伺服电机专用控制器控制器接法2.3 感应元件感应元件包括两种：（1）红外线物体传感器，感测方法是利用红外线反射来取得距离数据红外线适合计算所距距离。因为即使在相同距离下，只要光线、彩、亮度不同，反射数据也会大不同。(2)距离传感器，用于探测物体或距墙壁固定的距离，不受颜色所影响的红外线距离传感器，可以感应更准确的距离。2.5 本章小结本章主要是介绍双足舵机机器人硬件配件。首先，对控制器进行了选择，并对控制器各接口的用途进行说明。然后详细介绍了舵机选择，介绍了该论文使用的舵机- AX-12+的内部结构，工作原理和控制方法，还说明了AX-12+舵机与传统舵机控制方法的不同点，并具有高效能，串接式，连接简单，全方式360定位等优点。3 机机器人控制系统软件设计软件设计是舵机机器人控制系统中最重要的部分，所有舵机运行状况都是有控制系统软件设计的。本文的控制系统对CM-530控制器进行控制设计，应用的软件是RoboPlus。3.1 RoboPlusRoboPlus中拥有RoboPlus Task（行为控制）、 RoboPlus Motiom（动作编辑）、 RoboPlus Manager（硬件管理）三部分。3.1.1 RoboPlus TaskRoboPlus Task，如图3.1，是一种类C语言的程序，其中主要用来通过CM-530等控制器来控制周边马达或传感器，程序内部已经将大多数周边配备编写成的一个个的函数库，必要时只需要呼叫函数或者变量即可完成操作，有C语言基础将会更容易使用RoboPlus Task。图,3.1 RoboPlus Task3.1.2 RoboPlus MotiomRoboPlus Motiom最大的功能就是简化程序的编写，一次控制多样马达，一次进行多样马达的动作，一次进行连续动作，见图3.2。行为控制（RoboPlus Task）可以轻而易举的控制数量不多的马达，但到了15、16个以上的马达数量，将会控制不易，但动作编辑（RoboPlus Motiom）能够简单的实现控制多样马达，并且达到连续动作。使用方法就是用动作编辑（RoboPlus Motiom）设计好的动作再经由行为控制（RoboPlus Task）来进行使用，就可以达到所需动作或感应。图3.2 RoboPlus Motiom界面3.1.3 RoboPlus ManagerRoboPlus Manager是机器人控制管理员。可以对Dynamiexl进行设定，如更改ID、更改动作模式、修改ZigBee对应编号等，见图3.3。图3.3 RoboPlus Manager界面3.2 烧录下载至控制器烧录RoboPlus Task程序码到控制器，只需要烧录一次。因为RoboPlus Task的程序会将储存在控制器内。（1）控制器应连接到PC要下载RoboPlus Task的程序码，控制器必须连接到PC。方法为数据线连接控制器与PC。（2）选择连接埠使用。先选择控制器CM-530，在使用“自动搜索”功能，便能够安全且快速的选择适当连接埠，如图3.4。图3.4 连接到控制器CM-530如果选择的连接埠正被另一个程序所使用的话，请必须先终止该程序占用。如果出现RoboPlus Task无法找到指定连接埠的控制器，则会出现错误视窗，如图3.5。图3.5 无法连接到控制器视窗（3）下载程序到控制器要想使机器人完成运动，需要把RoboPlus Task程序和RoboPlus Motion程序都下载到控制器内。RoboPlus Task程序下载，见图3.6。图3.6 RoboPlus Task程序下载注意：如果程序编写方式或程序码有问题，必须自行的排除错误，软件只提供错误警示，不会自动更改程序RoboPlus Motion程序下载先连接端口，再连接到机器人，然后下载程序，如图3.7。图3.7 RoboPlus Motion程序3.3 本章小结本章主要介绍了RoboPlus软件，简单介绍了RoboPlus Task（行为控制）、 RoboPlus Motiom（动作编辑）、 RoboPlus Manager（硬件管理）三部分的功能，并介绍了程序的下载使用。通过本章可以进行简单的程序编写和动作控制，为接下来的机器人的行为控制做好准备。4 舵机机器人的行为控制机器人是一种能够做各式各样动作的装置。然而，要让机器人能够依据环境的情形，做出配合的行为，机器人就需要有一个程序来知道机器人的动作。而行为控制（RoboPlus Task）就是在决定机器人行为的应用程序，并且依照环境情况皆可自行的编写。另外可以呼叫RoboPlus Motion的动作，RoboPlus Motion的主要介绍以及主要元件会在该章节说明，以下将会一一的说明各项原件的使用。另外在编写程序的部分，也是需要仔细学习的地方，才能让机器人发挥到最大的功能。4.1 舵机机器人信号的输入和输出衔接输入和输出之间的关系，是由行为控制逻辑（RoboPlus Task）来达成连结。输入好比人类的五官，例如：耳朵、眼睛、触觉等（AX-SI传感器）以及其他的零组传感器；而大脑（CM-530控制器）接收到外在的资料，根据情况作出适合的反应；对机器人来说，这就是输出。本论文要设计的舵机机器人，通过手柄可以控制机器人的运动。从这个例子来看，手柄发射的信号就是一种输入，机器人做出的动作就是输出。藉由行为控制逻辑（RoboPlus Task）软件，达到赋予机器人功能和动作，所以需要认识输入及输出的功能物件来建立行为逻辑。4.2 行为控制逻辑（RoboPlus Task）RoboPlus Task是一种类C语言的程序，其中主要用来通过CM-530等控制器来控制周边马达或传感器，程序内部已经将大多数的周边配备编写成一个个的函式库，必要时只需要呼叫函数或者变量即可完成操作。4.3 RoboPlus Task的使用（1）启动RoboPlus Task成功安装软件后，桌面上或者开始程序里有RoboPlus程序快捷方式，如图4.1。然后执行RoboPlus程序。图4.1 RoboPlus Task界面（2）开始使用RoboPlus Task双击空行，开启程控命令列。如图4.2图4.2 RoboPlus Task程序控制命令列双击鼠标左键开启参数命令选项，如图4.3。图4.3 参数命令选项这样就可以进行程序输入了。4.4 RoboPlus Task命令语法RoboPlus Task的程序命令语法和一般常见的C语言语法非常相似（称为类C语言），另外还有额外独立开发的外部无穷循环函数（CallBack函数），可以双向多工运作，虽然第二工作函数中有许多的判断语法无法使用，且不能和主程序（Main）做太多的关联（会发生错误），但实质的应用层面却比传统C语言的构架程序来的好上许多。另外有鼠标控制的选项方式来选择所需要的命令语句，能够方便的操作而不需要背上太多且复杂的程序命令，若不懂其指令语法只要鼠标悬停到命令语句上就会显示出相关的说明。下面介绍命令句。StartEnd 启动结束命令句Start/Exit Program 开始和结束的命令“” 区块命令，主要在定义范围/ 注解，主要是使用者加以说明程序用，不会执行Execute 执行/运算命令句Compute 运算命令句，包含数字运算、逻辑运算等Load 加载命令句，左侧的数值将会等于右侧数值Label 标签，主要是用来跳跃之用Jump 跳跃，能够跳跃至指定的标签位置Condition 判断命令句If/Else If/Else 用于判断内容的命令Loap 循环命令句Endless Loap 无限回圈Condition Loop 条件循环，条件达成则执行循环Count Loop 次数循环，可以指定次数的循环Break Loop 跳出循环，强制离开回圈之前的命令句Conditional Stand 等待循环，条件满足时将锁定在这个循环中，直到条件解除Function 子程序/函数命令句Make CallBack 创造独立的无穷循环Make Function 创造一个子程序Call Function 呼叫子程序Exit Function 离开子程序（只要是子程序都必须使用）4.5 Task函数变量变量是各项参数的数值，例如控制器变量（Controller）、传感器变量（Accessory Device）、马达变量（Dynamixel），常数变量（Variable）以及各项细部变量（Constant value），具体变量见表4.1。表4.1 Task函数变量设备变量功能说明Controller控制器变量，包含了ZigBee无线函数的设置。Motion动作编辑器参数，动作还有机器人偏移设置。Accessory Device传感器变量Touch Sensor触碰传感器变量IR Sensor红外线传感器变量Distance Sensor距离传感器变量User Device使用者自定变量（如用陀螺仪也可使该变量）Dynamixel马达变量ActuatorAX-12、RX系列、EX系列马达变量United Sensor（S1）AX-S1传感器变量Balance（S20）AX-S20加速度变量，包含了XYZ等三周角度变量Custom自定义变量Variable变量，可自定义名称，常用为i、j以及x等等Constant value常数Number数字TRUE/FALSE逻辑（Ture/False）Binary number二进制数字Motor value马达数据Button按键变量RC-100 Button摇杆按钮变量Port value串列埠数据RC-100 Channel摇杆频道Timer value计时器数据Buzzer time value蜂鸣器时间数据Melody旋律Musical scale音律4.6 控制器变量（Controller）控制器变量包含了所有控制所连接以及除错等功能变量，也包含了声音、电力、计时器等相关变量，有额外的Motion变量在内。具体变量见表4.2。表4.2 控制器变量设备变量功能说明Controller控制器变量，包含了ZigBee无线函数的设置Remocon RXD读取透过无线模块所接受资料（红外线，ZigBee等）Remocon TXD通过无线通模块所接受资料（红外线，ZigBee等）Remocon Arrived摇杆旗标，用来检查是否有透过无线模块接收到新的资料Aux LED辅助LED，可在程序端使用让其亮起或熄灭Button读取控制器的按钮状态Timer读取计时器目前值或设置定时器时间Remocon ID设置或读取对方的ZigBee讯号ID编号My ID读取控制器本身ZigBee模块的IDVoltage读取控制器的电压值Buzzer index设置控制器内部的播放音乐或者是某单一的声段Buzzer time控制声音的长短或者设置为旋律模式Sound count控制器中搭配了声音传感器，可以判断声音的大小Current sound count声音计数器，可以计数声音次数，如击掌RC-100 Channer 设置控制器红外线接收器频道Print输出显示，主要用在错误排除Print with Line换行输出显示，主要用在错误排除Motion动作编辑器参数，动作还有机器人偏移设置Motion Page当执行时，代表要求机器人执行所指定的动作页面Motion Status动作旗标是为了显示现在是否在执行Motion动作Joint offest动作基础设置，主要用在陀螺仪平衡或跌倒判定4.7 RoboPlus Motion程序的编写本论文中所设计的舵机机器人的动作共有19个，具体动作编辑在附录表二。其具体的编辑过程如下: 如图4.4，机器人的动作设计可以借由右下角的两个灯泡（一个亮，一个灭）来控制机器人马达的启动和不启动。在不启动状态下，可以搬动机器人马达关节，来设计自己所需的动作。然后将所设计的动作的关节值传送给控制器，控制器将动作关节值保存在所设计动作页面。图4.4 RoboPlus Motion动作编辑4.8 RC-100控制手柄和手柄控制程序的编写由于课题任务是完成人机交互的舵机机器人的运动控制分析，所以该论文需要使用Bioloid套件中的RC-100控制手柄，如图4.5。设计相对应的程序，按下手柄上的键位使舵机机器人完成相应的动作，达到课题目的。图4.5 RC-100控制手柄4.8.1 RC-100控制手柄Bioloid套件中使用的RC-100是靠红外线远端遥控来进行，按下和程序锁相对应的按钮可以执行所搭配的程序动作，并可以再RoboPlus Task中设置频道。特征： RC-100频道使用数字介于0和8。如图4.64.6 RC-100频道当频道设置为0是特殊的频道设置，将矿业接受全部的RC-100讯号提示。为了能够顺利的控制机器人，当拥有2个以上的机器人使用RC-100控制时，请设置不同的频道4.8.2 手柄控制程序的编写在本论文所使用的程序中，需要对舵机机器人进行控制。如下图，截取控制程序部分图作分析。如图4.7图4.7 控制程序截图该段程序是说，当按下手柄U键时，将调用WalkExecute函数中的“1”命令,WalkExecute函数见图4.8.图4.8 WalkExecute函数在对比WalkExecut函数，“命令”为“Forward”，即前进；同理，按下D，即为“Backward”,后退。4.9 本章小结本章介绍了舵机机器人的软件设计过程，由RoboPlus Task建立编写程序的框架，主要包括设备变量的功能说明、机器人动作的先后顺序、各传感器的控制程序、舵机的初始设计等，并有RoboPlus Motion来设计具体动作的方法。最后简述RC-100控制器程序的编写和调试。5 舵机机器人控制系统的总结与展望5.1 舵机机器人控制系统的总结基于人机交互的舵机机器人是多技术相结合的一个融合体。随着机器人技术的不断发展，对对舵机机器人的理论研究也越来越深入。本文以Bioloid机器人套件为实验平台，以舵机机器人的人机交互控制为主线，编写了基于人机交互的舵机机器人的控制程序，在此基础上对舵机机器人的运动做出了分析。论文研究的主要内容及研究成果有：（1）以舵机机器人为背景，将舵机硬件设计和软件编写结合起来，实现了舵机机器人特定动作的运行，并通过RC-100控制手柄和红外接收器将外界反馈信号传给控制器，使舵机机器人根据外界情况作出动作。（2）应用了舵机机器人的动作平台，可以对任意的舵机机器人进行动作设计，通过串口通信可以实时控制舵机机器人的动作，并能将舵机机器人动作产生的数据传送回电脑，以便对机器人的动作做出分析。舵机机器人技术是一个科学理论与实验相互结合的机器人领域，涉及到众多学科的合，不久将来，舵机机器人将会有更广阔的应运范围。5.2 舵机机器人控制系统的展望本论文所介绍的是通过人机交互对舵机机器人的控制，通过手柄发射信号，机器人做出特定的动作。到现在课题中的任务已基本完成，但在设计过程中，我遇到的一些问题，在这里我做大胆设想解决办法，希望在以后得以实现，改进机器人的控制。(1)本论文试验中所应用的CM-530控制器是基于STM320芯片设计的，虽然可以较好地控制舵机机器人的运动，但是一些问题还是显而易见的。比方说舵机机器人由于某些动作完成过程中，转速过快、机器人没站稳而导致舵机暂时性停止工作。所以仍需要改进。从提高舵机的控制速度与效果出发，可以考虑应用更为高级的芯片，控制的动作更为精准，误差更小。当然这样成本也会有所增加，但却可以保证更好的控制效果。（2）本论文虽然组装了机器人并使之运动，但是在运动过程中，机器人摇摇晃晃，很容易摔倒。我想这是因为机器人的平衡性差的原因。我查阅资料所了解到，双足机械人最大的难题就是解决运动过程中的平衡问题。在本论文的机器人组装过程中我已经有所发现，那就是机器人腿部较轻而且较长，只有六个舵机。但是上半身却短小而且有十二个舵机，而且控制器跟电池也在上半身。这样很明显重心偏高，所以机器人走路不稳。对此，作者为以后的研究提出两种解决方案。一是在机器人两腿适量增加一些增重块并固定，从而让机器人重心偏低，从而行走更加稳。二是设计机器人平衡器，从而使机器人在运动时更加平衡。（3）机器人在做某些快速动作时，很容易导致机器人停止工作。根据现象判断，应该是舵机转矩不足的原因。建议在下一阶段的工作中可以调换一些部位的舵机，使其有足够大的扭矩可以驾驭一些过激动作，从而减少意外停机的发生。参考文献1 濮良贵.机械设计 M.第八版.北京：高等教育出版社，2012.2 孙桓.机械原理 M.第七版.北京：高等教育出版社，2012.3 刘金琨.机器人控制系统的设计与MATLAB仿真M.北京：清华大学出版社，2008.4 李瑞峰，马国庆.基于MATLEB仿人机器人双臂运动特性分析J.华中科技大学学报，2013,41:343-347.5 丁楠，多机械臂系统协调控制研究D.上海：上海交通大学，2012.6 周小庆. 高速无人机电动舵机控制器的设计与实现D.浙江：浙江大学，2010.7 Schulz. D, Fox D. Bayesian Color Estimation for Adaptive Vision