华北五省机器人大赛_六足蜘蛛机器人项目申报书_2(1)

1、.2014中北大学华北五省(市、自治区）机器人大赛项目申报书项目名称 六足蜘蛛机器人 项目负责人 叶波 所属单位 机械与动力工程学院 指导教师 参赛类型 机器人创新设计 起止时间 2014·52014·10 中北大学教务处申报人基本情况姓 名叶波性别男出生年月1994·12·23学 院机械与动力工程班级12020142联系电报项目类别机器人创新设计项目组成员姓名学院班级联系方式 丁剑秋机电工程学院1201074218335163563王飞虎机电工程学院120104431523532445程少东机械与动力工程学院120101431

2、8335160250张金时计算机与控制工程学院1307054118435133360指导教师（根据项目要求填）基本情况姓名最高学历/学位职称所在单位联系方式Email近5年（20102014年）承担科研项目、及成果序号项目名称/来源/起止时间/排名经费(万元)项目名称六足蜘蛛机器人申报经费(元)1940是否有依托项目无依托项目名称项目背景 面对地形不规则和崎岖不平的路况，轮式机器人和履带式机器人的应用受到了许多限制。以往的的研究表明轮式移动方式在平坦的地形上行驶时，具有相当的优势运动速度迅速、平稳，结构和控制也较简单。但在不平地面上行驶时，能耗将大大增加，而在松软的地面或严重崎岖不平的地势上，

3、车轮的作用也将严重丧失移动的效率。为了改善轮子对松软地面和不平地面的适应能力，履带式移动方式应用而生但履带式机器人在不平的地面上的机动性仍然很差，行驶时机身晃动严重。与轮式、履带式移动机器人相比，在崎岖不平的路面步行机器人具有独特优越性能在这种背景下多足步行机器人的研究蓬勃发展起来。而仿生步行机器人的出现更加显示出步行机器人的优势。多足步行机器人的运动轨迹是一系列离散的足印运动时只需要离散的点接触地面对环境的破坏程度也较小，可以在到达的地面上选择最优的支撑点对崎岖地形的适应性强。正因为如此多足步行机器人对环境的破坏程度也小。轮适和履带式机器人则是一条条连续的撤迹。崎岖地形中往往含有岩石、泥土、

4、沙子甚至峭壁和陡坡等障碍物可以稳定支撑机器人的连续路径十分有限，这意味着轮式和履带式的机器人在这种地形已经不适用。多足机器人的腿部具有多个自由度使运动的灵活性大大增加。它可以通过调节腿的长度保持身体水平也可以通过调节腿的伸长程度调整重心的位子因此不易翻倒稳定性更高。当然多足步行机器人也存在一些不足之处。比如为使腿部协调稳定运动从机械结构设计到控制系统的算法都比较复杂相比自然节的节肢动物仿生多足步行机器人的机动性还有很大的差距内容描述本课题对仿生式六足机器人的研究设计主要包括机器人的构型，步态原理以及规划直线行走和定点转弯步态。在理想架构设计中，我们借鉴了自然界昆虫的身体结构，使得机器人的腿部结

5、构尽量简化，这样可以避免不必要的关节和传动装置，减少控制的复杂性，同时用料节省并且设计美观。对于不同的路况设计了不同的步态方式，使得机器人可以在更好的满足运动任务的同时可以更多的降低能耗，从而延长其工作时间。为了使机器人能够完成更多方便的工作，在机器人前部增加一个微型摄像头，在不影响其正常功能的前提下，使其能够完成追踪和拍摄细微场景的工作任务。此外我们会在机器人中安装距离传感器，这可用于机器人的导航和越障，也可达到进行定位的效果。实现原理 作品主要是采用了Cypress公司的CY8C3866AXI-040芯片为控制核心，制作了一系列的对六足机器人的控制方式。其中机器人主体应用了该芯 片多达19

6、路的PWM输出对伺服电机进行合理控制并完成相应动作，机器人控制终端部分我们采用了该芯片的电容触摸感应模块、ADC采 集模块、SPI模块、UART模块功能制作了手持的多功能无线遥控装置。另外我们还采用了无线路由传输数据的方式，通过采集安置于机器人上的摄像头图像的 方式对该机器人进行远程控制，分别可以采用PC上位机和android上位机进行控制六足机器人以CY8C3866AXI-040芯片为控制核心采用了19个小型的舵机作为机器人运动装置。电路控制方案上我们采用了，共用了19路PWM输出控制19个舵机的运动。还应用了该芯片的UART功能跟蓝牙模块通讯，跟路由通讯。六足机器人控制板可以分为电源模块、

7、步进电机驱动电路模块、通讯模块和MP3模块，同时六组机器人还搭载摄像头模块。电源模块分为 两部分，分别为步进电机供电电源和控制板供电电源，采用两个电源可以有效的减小电机对控制板上芯片的干扰;步进电机驱动电路模块主要由PSOC最小系统板 组成;通讯模块包括蓝牙模块和路由器模块电池为TPS5430供电，TPS5430是DCDC电源芯片，能提供3安培的电流输出，可以满足除步进电机以外其他部分的供电要 求，PSOC芯片采用5伏供电，而蓝牙模块使用3.3伏供电，所以使用LM1117将5伏转为3.3伏。而19路步进电机的供电则采用购买的电源模块，能 够提供8安培的持续电流，满足电机的供电要求。步进电机控制

8、模块步进电机控制电路以PSOC最小板为核心，利用PSOC可编程的优点，在PSOC Creator中调用PWM、Timer和UART等模块，对个模块进行配置，由于有19路步进电机，所以使用10个PWM模块，每个模块对应两个步进电 机，能够很方便的对步进电机进行控制。UART模块主要用来与蓝牙、路由器和MP3进行通信。通信模块和MP3模块通信模块主要是蓝牙和路由器模块，其中蓝牙模块主要用于和控制板进行通信，接受控制板的控制指令，而路由器模块构建一个局域网，实现将摄像头采集的信息发送到电脑终端，另一方面利用局域网实现android设备对六足机器人的控制，实现控制的多样化。MP3模块主要用于实现六足机

9、器人的语音应答功能，在语音控制模式下实现六足机器人与控制者的互动，同时具备娱乐，播放音乐等功能Android客户端程序Android客户端程序的控制界面和设置界面如图3.1所示，控制界面用于显示六足机器人上的摄像头视频流，android程序主要由以下几个难点：3.1 WIFI网络连接网络连接主要是通过Socket与六足机器人进行连接，然后进行通信，3.2 摄像头视频数据显示摄像头视频数据显示需要不停地获取摄像头的大量数据并且画在画布，并且不停的更新，四、C#客户端程序4.1 WIFI网络连接网络连接主要是通过Socket与六足机器人进行连接，然后进行通信4.2 摄像头视频数据显示摄像头包括显示

10、视频、保存视频和截取视频等操作实现方案1、 电源设计方案。采用两个7.6V的大容量电池供电分别对控制板和舵机供电2、 当处于触摸控制模式时，左侧为带基本功能控制的四个工作触摸按键和一个模式切换键，右侧的触摸滑调主要是用来控制六足机器人行动的速度，两列的LED为速度指示灯。当处于加速度控制模式时，向前倾斜为前进，向前倾斜并向左倾斜便是左转，向左90°竖立是左移，其他动作依次类推。同时LED会根据当前加速度采集量进行亮灭控制，用来表示当前速度。当处于语音控制模式时，我们可以控制六足机器人的动作。我们设置的指令有：“小宁前进”、“下一曲”等等3、 平台是PSOC开发板(以CY8C3866AXI-040芯片为控制核心)经费使用计划序号项目单价（元）数量费用（元）1舵机23225602PVC线槽一些303单片机芯片3541404锂电池14022805充电器501506电路板一批1007机械加工工具一批1508CY8C3866AXI-040芯片13011309无线摄像头290129010三轴加速度传感器3513511语音芯片100110012芯片74HC595531513附加零件60合计1940预期效果六足机器人步态灵活，能够实现实时的图像采集;同时搭载路由器、蓝牙模块等通讯设备，实时传送所采集的数据;增加语音识别模块，