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陶阳宇，甘业兵，江朝晖
（中国科学技术大学电子科学技术系，安徽合肥，230026）
摘 要：机器人比赛在中国科技大学已经成为一项重大的校园科技活动。本文所实现的四足机器人在2002年的比赛中获得了亚军。我们通过一种基于“对角线一致”策略成功地实现了四足机器人的行走，机器人的九个自由度全部由步进电机实现，利用AT89C51单片机控制整个系统。在软件上利用加速控制思想，从而使机器人的动作更加平滑，结合背景音乐，精确控制机器人的动作，使机器人随着音乐跳舞。
关键词：四足机器人，行走机器人，对角线一致，步进电机加速控制
A Means of Realization of the Four-Leg Robot
TAO Yang_yu,GAN Ye_bing
JIANG Zhao_hui
(Department of Electronic Science & Technology of USTC,Anhui,Hefei,PRC 230026)
Abstract: The Robot-game contest has become one of the significant scientific activities on campus of USTC(University of Science & Technology of China). The four-leg robot described in this paper won the runner-up in the contest this year(2002). We make it realized that the robot can tread with four legs itself based on consistency of diagonal . The robot has nine articulations which are really nine step-motors. The whole system is commanded by the AT89C51 MCU. We use the method of accelerate-control in the part of software so that the robot can move more smoothly and elegantly to dance in the background music.
Keywords: four-leg robot, mobile robot, consistency of diagonal, accelerate-control of step-motor
1.引言
目前在国外，机器人的研制有了很大的发展，除了传统的工业控制机器人外，
各种商用，民用机器人也不断地研制出来。无论在机械结构还是在自动控制上，都向着更高的技术难度进步了。如日本，继SONY在2002年3月发布双足行走机器人”SDR—4X”后不久，2002年9月日本又推出新一代行走机器人”PINO” 。
中国科技大学已经连续举办了两届“大学生Robot-game活动周”等科技活动，引起强烈反响，以及CCTV举办的“中国大学生机器人比赛”等一系列活动。促进了机器人研究与制作在大学生中的广泛开展。
本文中介绍的机器人是一个四足行走式机器人，外形酷似水母，整个身体由四条腿支撑。四条腿在解决平衡性问题上较容易，只需四点共面即可保持整个机器人的平衡。但机器人在行走时，四条腿之间必然有一个协调配合的问题，只有当四条腿迈步一致时才能保证机器人的身体在一个水平面内，保持它的稳定性。否则要么机器人会倾斜摔倒，要么动作僵硬不够平滑。机器人的上部还有三只手臂，每只手臂有两个自由度，可以在程序的控制下挥动手臂，配合腿完成一定的动作。
为了既能够保持机器人的稳定性，又让它的动作舒缓平滑，我们提出了一种基于“对角线一致”的行走策略：仿照四足动物的行走方式，先左前腿和右后腿同时迈进，接着右前腿和左后腿同时迈进，形成两条交叉的对角线，这样就完成了一个周期的行走动作。以后如此类推。再配合加速电机控制方法，使电机的运转更加平滑，避开其固有的振动。
以下分机械实现部分和控制部分分别详述整个机器人的实现。
2.机械实现
机器人的整体视图：
图二，单项轮视图（点击得大图）
一，整个机器人的结构总体上分为上身、腰部和下肢三部分。
上身由头部和手臂组成。控制的核心部分----电路板以及电源就装在头部的圆罩中。每只手臂由电机连接的前臂和后臂组成。后臂通过电机固定在机身上。前臂和后臂都能自由活动，作出各种动作。在机器人的表演过程中，起着支撑作用的是腰部。腰是用一个深5.0cm，直径35.0cm的塑料圆筒和一个有机玻璃底盘做成的，这样的材料结实，有韧性而且重量轻。
在我们的动作设计中，要求机器人腰部可以扭转。为保持旋转的均匀、平衡，必然要求电机轴在底盘的中心。我们将控制腰部的电机固定在两根穿过有机玻璃盘的长螺丝上。然后在头部底衬盘下对称地安装了三个万向轮，万向轮可以在有机玻璃底板上自由滚动，大大减少了腰部转动地摩擦力。同时，腿部电机与控制电路有导线相连，为尽量减少导线的缠绕，我们在有机玻璃底板上设置了一个直径0.9cm的导管作为导线通道，解决了走线问题。