步行机器人 学位论文.docx
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步行机器人 学位论文.docx
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步行机器人学位论文
第一章:
安装步行机器人
介绍步行机器人最新的产品构件
无论它看起来是多么简单的,你将很快意识到这种需要两台伺服电机进行两足移动的步行机器人比两轮机器人(Boe-Bot)复杂的多,它通过机械运动和BASICStamp控制来实现步行机器人的行走。
实际上,步行机器人的搭建使用了许多的传感器作为反馈。
这其中包括有能观测一定距离内物体的红外线发射器及红外线检测器,还有用以观测红外线无法观测的物体的缓冲传感器(闪光脚趾),和一个用以测量倾斜参数的加速度计。
如果你耐心的调节步行机器人硬件和软件,步行机器人能完成所有滚动机器人能完成的动作。
步行机器人不仅比滚轮机器人有趣的多,而且你将发现通过学习BASICStamp芯片的进行编程,能更加熟练的掌握程序的编程。
通过步行机器人编程将会使你学会如何设计PBASIC程序,包括如何使用常量和变量、程序的指针以及存储数据的EEPROM(电可擦除的只读存储器)。
一个设计良好的程序标准是,能够在一些需要调整机械装置的场合中,不重新编写你的整个程序,只要通过简单的对程序进行修改就能实现你所要求的功能。
步行机器人的运动主要来自于两台伺服电机(这通常用于操纵飞机的螺旋桨)。
步行机器人两台伺服电机中,顶部的伺服电机控制双腿在机器人的重心位置两尺的范围内来回摆动,而底部的伺服电机用以机器人的前后行走。
步行机器人的腿和脚踝之间采用了一个简单的平行连接件,确保双脚平行的站在地面上。
两条腿都连接在同一个电机上,以实现一只脚向前,另一只则向后移动的行走动作。
单独的控制一个电动机,机器人能实现步行机器人的前进,后退,左转,右转等动作。
通过综合步行机器人的两台伺服电机的运动,就能实现更加协调,更加平稳的行走。
通过一个BASICStamp2微型控制器来控制步行机器人的伺服电机和传感器。
微控制器BASICStamp2是教学系统中运用很广的一种芯片,它提供了供步行机器人使用的大量的程序空间、存储空间,以及较快的处理速度。
搭建步行机器人
根据机器人在地面上行走的方式,步行机器人的装配方法有许多。
合理的装配方式还取决于你加装的传感器及其他硬件设施、以及机器人行走的速度等因素。
恰当的装配方法对于步行机器人的行走是很重要的,它将有利于程序的设计和步行机器人的行走。
需要的工具
在搭建步行机器人之前你需要以下的工具:
●活动扳手(包含在零配件中)
●5/32L型钥形扳钳(包含在零配件中)
●小钢丝钳
附录A中有一个完整的配件清单及一个配件表格可供查找,我们可以很容易查找到我们所要用到配件。
如果你的配套的工具中少了相应的配件,则将由Parallax公司为你免费提供。
在日常的生产过程中,我们有着一套严格的时间机制和一套质量管理机制,但是我们偶尔也会出现一点工作上的失误。
如果您丢失了一个配件,请您马上联系我们。
如果您的配件破损了或者您想为您的步行机器人增加一些配件,您可以到我们元件商店订购任何一款您需要的配件。
(下的“Products/ComponentShop”)
步骤1:
安装顶部的“倾斜”伺服电机
步骤1需要以下的配件
●(4)4/403/8”长平头螺钉
●(4)4/40螺母
●
(1)步行机器人的支架
●
(1)步行机器人的伺服电机
用螺丝起子取出固定在电机连接部件和电机输出轴之间的螺钉。
将每个电机连接部件从电机输出轴上取下来。
将螺钉保存好,以备后面使用。
如图1-1所示,正确安装步行机器人的伺服电机。
用4个(4)4/403/8”平头螺钉和(4)4/40螺母将其固定。
最简单的方法是一手扶螺母另一只手用螺丝刀将其拧紧。
图1-1,安装倾斜伺服电机
步骤2:
安装底部的“大步”伺服电机
步骤2需要以下的配件
●(4)4/403/8”长平头螺钉
●(4)4/40螺母
●
(1)步行机器人的伺服电机
如图1-2所示,正确安装步行机器人的底部伺服电机。
用4个(4)4/403/8”平头螺钉和(4)4/40螺母将其固定。
图1-2安装踏步伺服电机
步骤3:
伺服电机的调整
步骤3需要以下的配件
●电池盒
●(4)AA电池(配件中不含)
●串口线(RS-232DB-9andstraight-through)
●在你的电脑上安装并运行BASICStamp软件
这个步骤应该在组装步行机器人之前完成。
这将会减少之后编写程序时出现的问题。
不能缺省这一步骤,因为它将使后面的调整更加容易。
将两台伺服电机的连接插头插入步行机器人电路板内的X6和X7。
字母B对应着伺服电机的黑色的导线。
下一步,在面包板上,用一根跳线连接Vs1和Vss。
用另一根跳线连接Vs2和Vss。
按照图1-3所示连接BASICStamp’s电路板。
为什么要连接Vs2和VSS呢?
步行机器人与相扑机器人有着相同的控制器。
当相扑机器人与对手比赛时,在向对手前进时,对手有可能正处在环外。
此时,伺服电机与一个A/D转换器连接,能让我们辨认对手的位置,并做出相应的处理。
下一步,将4个电池装入电池盒中。
并将电源的开关拨至0位。
电池盒的白线与步行机器人接合板“+”端相连,黑线与接合板上的“-”端相连。
并用螺丝将其固定。
通过一根串口线,将步行机器人的电路板与你的计算机相连。
步行机器人的电源开关有3个位置。
每一个位置都对应着一种状态(下图所示)。
三个位置中的“1”位给除伺服电机外的所有电路提供电源。
在附录B中有一个完整的说明。
位置“0”不提供电源
位置“1”提供步行机器人电路板电源
位置“2”提供包括电路板、伺服电机在内的所有步行机器人的电源
将电源开关拨至“2”位。
下一步,进行BASICStamp的编程。
在后面的章节中,我们会发现电源的这3个位置将是非常有用的。
在调试机器人过程中,如果你要在不移动步行机器人的情况下,单独调试机器人的传感器,那么你可以通过转换电源的这3个位置来实现。
打开BASICStamp的编辑窗口。
写下或载入下面的调试伺服电机的程序:
步行机器人的程序可以从我们公司的网站下载。
在这里有我们其他类型的Stamps可供学习,但是在这些高级列表中,步行机器人的程序都相当的长。
如果你直接下载他们,将省去你不少的时间。
下载完步行机器人的程序,你可以通过菜单Run/Run或点击工具栏上的“”按钮来运行你的程序。
这个程序是一个死循环,既两台伺服电机将一直处在运行的状态。
直到你将电源开关拨至“0”位时,两台伺服电机也立刻停止运行。
调试完成后,断开伺服电机与电路板的连线,取出电池盒中的电池,并拆除电池盒与电路板连接的导线。
步骤4:
安装伺服电机的连接部件
步骤4需要以下的配件:
●两个伺服电机连接部件
●
(2)用以连接伺服电机和电机连接部件黑色小螺丝
如图1-4所示,连接件与伺服电机通过的V型键槽连接。
然后利用从步骤1和步骤2中取出的螺丝将连接件固定在伺服电机上。
图1-4安装伺服电机的连接部件
步骤5:
在大步伺服电机上安装黄铜夹头
步骤5需要以下的配件:
●
(2)黄铜夹头(黄铜支架,固定螺丝和金属扣眼--也称为E-Z连接器)
将两个黄铜夹头安装在伺服电机连接件上最外端的两个孔上(如图1-5所示,安装在伺服电机白色的塑料连接件的两端)。
用钳子将橡胶夹头压入黄铜夹头内。
再用两个小螺丝将它们固定,以至它们不会脱离。
(图1-6)。
图1-5在踏步电机上安装黄铜夹头图1-6固定黄铜夹头
步骤6:
安装顶板
步骤6需要以下的配件:
●步行机器人的顶板
●(4)4/403/8”平头螺钉
●(4)4/40螺母
如图1-7所示,在步行机器人支架上安装顶板是相当容易。
一只手将4/403/8”的平头螺钉从顶板的底部穿过顶板上的孔,另一只手将4/40的螺母放置于顶板的孔上将其上紧,并将支架与顶板连接。
重复以上步骤3遍,便完成了顶板的安装。
注意:
这一步骤用到的是4/40的平头螺钉,而不是平底的圆头螺钉。
图1-7安装顶板
步骤7:
安装步行机器人身体与腿的不锈钢连接杆
步骤7需要以下配件:
●3/16”3”不锈钢杆
●(4)塑料垫圈
如图1-8所示,将两根3”3/16”不锈钢杆从步行机器人的支架上的两个孔穿过,然后在杆的两端分别上上垫圈。
这两个垫圈将减少步行机器人的腿与身体之间的摩擦。
图1-8安装连接杆
步骤8:
在步行机器人的身体上安装双腿
步骤8需要以下的配件:
●(4)步行机器人的腿
如图1-9所示,将步行机器人的4条腿安装在两根不锈钢杆的上。
图1-9安装四条腿
步骤9:
用轴环将腿固定
步骤9需要以下的配件:
●(4)3/16带有固定螺丝的轴环
●L形的内六角扳手
在配件中找到带有L形内六角扳手和3/16金属轴环的包装袋。
将金属轴环套在不锈钢杆的两端。
如图1-10所示,将每一个轴环用L形的内六角扳手将其固定在不锈钢金属杆上。
如果螺丝拧的不够紧,则在感觉到有阻力的情况下再转过一个很小的角度,这样的松紧程度最为合适。
但如果拧的太紧,它可能阻碍伺服电机的正常工作,致使步行机器人不能很好的行走。
图1-9安装轴环
步骤10:
安装两腿间的连接件
步骤10需要以下的配件:
●
(2)4/40白色的塑料垫圈(也称为E-Z调节角质托架)
●3/8”4/40平头螺钉
●
(2)黄铜直角金属杆
步骤10分为两个子步骤:
首先,先将一颗3/8”4/40的平头螺钉穿过步行机器人左腿上的孔(如图1-11所示),并将其与塑料直角托架连接。
在右腿上也重复以上的步骤。
在拧螺丝时,要保证托架与螺丝在两腿上有足够的旋转空间。
能进行180度的旋转。
图1-11加装直角托架
取出两根直角黄铜线,并将黄铜金属杆较长杆的一端穿过黄铜垫圈,如图1-12所示。
将黄铜金属杆较短的一端穿过塑料直角托架。
用手扶住金属杆,并用螺丝刀将其上紧。
调整链结,保证两条腿没有倾斜,并能垂直的站立。
假如你需要或者伺服电机被移动过,你可以再次校正伺服电机的中心位置。
重复以上步骤,调整机器人的另一只脚。
图1-12连接四条腿
步骤11:
加装步行机器人的脚踝
步骤11需要以下的配件:
●
(2)脚踝配件
●(4)4/40”的平头螺钉
在步行机器人的腿上加装脚踝需要用到4颗4/40的平头螺钉(图1-13)。
脚踝的较长的一端应该安装在步行机器人的后腿上,这样更有利于步行机器人在前进过程中重心的调整,以及更好的控制机器人。
图1-13加装脚踝
步骤12:
安装步行机器人的双脚
步骤12需要以下配件:
●步行机器人的左脚
●步行机器人的右脚
●(4)4/40不锈钢内六角螺钉
●3/32”L形内六角扳手
如图1-14所示,将步行机器人脚踝安装在步行机器人脚掌上的第3个孔上。
如果安装太紧的话,可以将双脚稍微向外侧弯曲。
用两颗4/40的螺钉(这种螺钉有一个圆头作为脚踝与脚板之间的支承件)和3/32的L形内六角扳手,在步行机器人的脚踝上加装步行机器人的脚板。
用同样的方法安装步行机器人的右脚。
在编程前,保证每一只脚都能自由的倾斜。
图1-15加装脚板
步骤13:
安装球形接头
步骤12需要以下的配件
●(4)球形接头(带有螺钉的球形接头,螺母)
在步行机器人两脚的最外面的孔上安装上一个球形接头(图1-15)。
然后用一把小扳手或用尖嘴钳将螺母拧紧。
你可以一只手抓住螺母,另一只手转动球形接头,将它们固定。
在装配时要注意,不要用钳子过于用力的夹球形接头,这样会损坏球形接头,并阻塞球形接头与塑料套管之间的自由转动。
。
图1-15安装球形接头
在伺服电机的控制连杆上安装两个球形接头(图1-16)。
将球形接头固定在连杆的最外侧的孔上。
图1-16在伺服电机上加装球形接头
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