文章编号：１６７１—４５９８（２００６）０７一０９７２一０３中图分类号：ＴＰ２７３文献标识码：Ａ
微型仿生六足机器人的运动控制的软件设计
张涛，颜国正，刘华
（上海交通大学８２０研究所，上海２０００３０）
摘要：介绍了一种微型六足机器人的新结构，该设计将直线行进运动与转向运动合理地结合了起来；着重介绍了基于ＩＯ板的机器人控制系统ｖＢ软件设计，并分析了机器人的运动稳定性和灵活性；最后是实验结果和分析；按照文章叙述成功制作了机器人样机——‘‘银甲虫ｌ号”，其大小为：半径３ｃｍ，高４．２ｃｍ，重４９９；实验证明“银甲虫１号”运动灵活可靠，有很好的机动性。
关键词：六足机器人；仿生机器人；微型机器人；１０板；机器人运动控制程序
ＤｅｓｉｇｎｏｆＭｉｎｉａｔｕｒｅＢｉｏｎｉｃＨｅｘａｐｏｄＲｏｂｏｔＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍａｎｄＩｔｓＶＢＰｒｏｇｒａｍ
ＺｈａｎｇＴａｏ，ＹａｎＧｕｏｚｈｅｎｇ，ＬｉｕＨｕａ
（８２０Ｌａｂ．，ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００３０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎｅｗｍｅｃｈａｎｉｃｓｏｆｍｉｎｉａｔｕｒｅｂｉｏｎｉｃｈｅｘａｐｏｄｒｏｂｏｔｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｗｈｉｃｈｃｏｍｂｉｎｅｓｍｏｔｉｏｎｗｉｔｈｒｏｔａｔｉｏｎｒａｔｉｏｎａｌｌｙ．Ｔｈｅｆｏ卜
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ｃｏｎｔｒｏｌ
０引言
本文在仔细研究昆虫实现爬行的运动学机理的基础上，针对微型仿生六足机器人直线运动与转弯运动的合理、有效结合问题，设计出一种可实现自由前进、后退与转弯的微型仿生六足机器人——“银甲虫１号”。下面，本文就将介绍一下“银甲虫１号”的步行原理以及基于１０板的控制系统及其ＶＢ程序设计。
ｌ步行原理
本文所设计的机器人模仿昆虫爬行的脚的运动方式，将６只足分为两组，每组３个等边分布在外接圆半径为Ｒ的正三角形３个顶点上，如图１所示。
机器人在行走过程中，两组足交替支撑。两组足中的任一
图１步足结构示意图
收稿日期：２００５—１ｌ一１５；修回日期：２００５—１２—２６０
作者简介：张涛（１９８１一），男，硕士，主要从事微特机器人及医用临床微型机器人方向的研究。
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ｃｈｉｎ锄ｃ．ｎｅｔ．ｃｎ组３足可独立支撑起整个机器人身体，机器人重心始终落在Ａ组或Ｂ组３足的三角形区域内，因此在平面爬行中没有倾覆的危险。
机器人具有独立的直行和转弯机制，两者可在各自的允许范围内任意方式结合，这就使得机器人的爬行十分灵活。
２稳定性分析‘１－２］
如图２所示，点ＡＢＣ分别是起支撑作用的三足，０是重心位置，Ａ７Ｂ７Ｃ７分别是ＡＢＣ到相对边的垂足。
显然，ｄ０Ａ，一ｙ。；ｄ０Ｂ，一半一ｄ∞。则六足机器人以三角步态行走时，其最小稳定裕量判据为：
矗一ｍｉｎ｛ｄ∞，，ｄ∞，）一ｍｉｎ｛如，等）
●
又，运动中，
ｍｉｎ（ｙＢ）一Ｏ．３７５Ｒ
ｍｉｎ（弘）一０．８７５Ｒ
．．．６ｋ。一Ｏ．３７５Ｒ
即，最小稳定裕量判据为Ｏ．３７５Ｒ。
３驱动与控制电路的设计
本文设计的微型仿生六足爬行机器人采用了两个步进电机分别对直线驱动器和转角驱动器来进行精确控制。步进电机选用ｖＩＴＥＣＨ公司Ｍ８ＳＰ—ＸＸ２１和Ｍ１０ＳＰ—ＧＸｌ５，分别为
Ａ
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图２
三角步态稳定裕量计算示意图 万方数据