(完整版)基于单片机控制的双足行走机器人的设计

基于STM32F407的双足机器人双足机器人是指能够像人类一样用双脚行走的机器人，它具有非常高的技术含量和挑战性。

在现代科技的发展下，双足机器人已经被广泛应用于各种领域，例如医疗机器人、救援机器人、娱乐机器人等。

而基于STM32F407的双足机器人则是一种结合了先进的STM32F407单片机技术和双足机器人技术的新型产品，具有独特的优势和特点。

基于STM32F407的双足机器人在控制系统和运动控制方面具有很高的灵活性和稳定性。

STM32F407是意法半导体公司推出的一款高性能的32位微控制器，其主频可达168MHz，具有丰富的外设接口和强大的处理能力。

这使得基于STM32F407的双足机器人在运动控制和感知处理方面具有很强的实时性和精确性，能够更好地完成各种复杂的动作和任务。

除了运动控制系统，基于STM32F407的双足机器人还具有高度集成的传感器系统。

双足机器人需要通过传感器来感知外部环境和自身状态，以便实时调整自身姿态和动作。

而基于STM32F407的双足机器人可以通过其丰富的外设接口来连接多种传感器，例如惯性传感器、视觉传感器、力觉传感器等，实现对外部环境和自身状态的全面感知和分析。

STM32F407的强大处理能力和丰富的存储空间也为双足机器人的传感器系统提供了充足的资源和支持。

在软件开发方面，基于STM32F407的双足机器人可以充分利用STM32CubeMX和嵌入式开发工具来进行开发。

STM32CubeMX是意法半导体公司提供的一套强大的集成开发环境，可以快速生成STM32F407单片机的初始化代码和外设驱动程序，大大降低了软件开发的复杂度和工作量。

嵌入式开发工具如Keil、IAR等也为基于STM32F407的双足机器人提供了强大的编程和调试功能，使得软件开发更加高效和便捷。

基于STM32F407的双足机器人具有灵活性、稳定性和可扩展性等优势，适合用于各种复杂的环境和任务。

它不仅可以应用于工业生产和物流领域，还能在医疗护理、救援救援和娱乐娱乐领域发挥重要作用。

双足技术设计1.引言本文档旨在介绍双足技术设计的细节和要点。

双足是一种仿真人类双腿行走的，具备稳定性、灵活性和智能性。

该文档将涵盖双足的硬件设计、动力系统、步态规划、感知与导航等关键方面的设计内容。

2.双足的硬件设计2.1 机械结构设计2.1.1 身体结构设计2.1.2 关节设计2.1.3 材料选择2.2 传感器选择与布置2.2.1 视觉传感器2.2.2 陀螺仪与加速度计2.2.3 压力传感器2.3 控制器设计2.3.1 控制器类型选择2.3.2 控制器布局与组织3.双足的动力系统3.1 动力源设计3.1.1 电源类型选择3.1.2 电源功率计算3.2 动力传输设计3.2.1 电机类型选择3.2.2 齿轮传动设计3.3 动力控制设计3.3.1 速度控制算法3.3.2 力矩控制算法4.双足的步态规划4.1 步态分析4.1.1 单支撑相与双支撑相4.1.2 步长与步频计算4.2 步态规划算法4.2.1 基于倒立摆模型的步态规划4.2.2 模仿学习算法的步态规划5.双足的感知与导航5.1 视觉感知5.1.1 目标检测与跟踪5.1.2 场景理解与地图5.2 位置定位与姿态估计5.2.1 GPS定位5.2.2 惯性测量单元（IMU）定位5.3 路径规划与控制5.3.1 基于地图的路径规划5.3.2 避障算法设计6.附件本文档涉及的附件包括技术图纸、控制算法代码、测试数据等。

附件的详细内容可在实际项目中进行补充。

7.法律名词及注释- 专利权：对新发明的技术、产品或方法享有的独有权利。

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基于STM32F407的双足机器人作者：赵佩佩刘程瑞王可煦於文祚来源：《科教导刊·电子版》2020年第05期摘要本系统以STM32单片机为系统的中央控制器，将中央控制器与舵机控制器，舵机，各类传感设备及受控部件等结合，构成整个双足行走机器人，达到行走、做动作的目的。

单片机中央控制器与舵机控制器以串口通信方式实现。

硬件包括舵机控制器，按键，各种传感器和数据采集与处理单元。

软件包括单片机初始化、主程序、信号采集中断程序、通过串口通讯的接收和发送程序。

关键词双足机器人 STM32 串口通信0引言在步行方式中两足步行是最为复杂、自动化水平最高的动态系统。

本设计以对两足行走机器人的行走控制为目的，来研究两足机器人的行走过程。

为实现机器人的稳定行走本系统以STM32单片机为系统的中央控制器，将中央控制器与舵机控制器，舵机，各类传感设备及受控部件等结合，构成整个双足行走机器人，达到行走、做动作的目的。

1硬件部分双足行走机器人系统其硬件部分主要由五大部分构成：（1）控制单元。

单片机STM32是系统中控制部分关键的元件，它与控制单元组成控制部分功能。

负责整个机器行动的方式，以及处理外部环境变化的，改变机器人行走路线的任务。

（2）舵机控制模块。

主芯片为单片机STM32，模块与控制单元进行串口通信从而达到控制信息的传输。

舵机控制模块通过接收控制信息来产生控制舵机的PWM波形。

从而实现行走控制。

（3）传感器数据采集系统。

利用传感器采集信息，为机器人提供准确的外部环境数据。

控制单元通过接收的外部信息来改变控制信号，来让机器人产生行动变化。

（4）受控部件。

通过控制舵机，通过精确的角度变化让机器人完成行走的基本目的。

其主要受控于舵机模块。

通过PWM进行控制。

（5）支架。

组成机器人的躯干，搭载机器人全部电子器件。

2软件部分软件设计设计方案主要由三大部分构成：（1）主程序设计。

接收器将手柄的遥控信号通过串口发送给单片机STM32，然后由单片机对信号进行分析处理后正确识别后执行相应的中断动作子程序，输出匹配的舵机控制指令，控制机器人完成相应的姿态动作。

中国矿业大学徐海学院双足竞步机器人设计与制作技术报告队名：擎天柱班级：电气13-5班成员：郭满意游世豪侯敏锐唐丽丽侯伟俊王胜刘利强杨光题目：双足竞步机器人任课教师：***2015 年12月双足竞步机器人设计与制作任务书班级电气13-5班学号22130263 学生姓名郭满意任务下达日期：2015年10月16 日设计日期：2015 年11 月1 日至2014年12月31日设计题目：双足竞步（窄足）机器人的设计与制作设计主要内容和完成功能：1、双足竞步机器人机械图设计；2、双足竞步机器人结构件加工；3、双足竞步机器人组装；4、双足竞步机器人电气图设计；5、双足竞步机器人控制板安装；6、整机调试7、完成6米的马拉松比赛。

教师签字：摘要合仿人双足机器人控制的机构。

文章首先从机器人整体系统出发，制定了总体设计方案，再根据总体方案进行了关键器件的选型，最后完成了各部分机构的详细设计工作。

经过硬件设计、组装；软件设计、编写；整体调试，最终实现外型上具有仿人的效果，在功能上完全满足电气各部件机载化的安装要求。

本文介绍一个六个自由度的小型双足机器人的设计、调试与实现。

包括机械结构设计、电路设计与制作，机器人步态规划算法研究，利用Atmega8 芯片实现了对六个舵机的分时控制，编写 VC 上位机软件,通过串口通信对双足竞步机器人进行调试，通过人体仿生学调试出机器人的步态规划。

实现了双足竞步机器人稳定向前行走、立正。

关键词：双足机器人、机械结构目录1 系统概述 (1)2 硬件设计 (2)2.1机械结构 (2)3.2 PC 上位机调试软件设计 (4)4 系统调试 (5)5 结束语 (6)6 参考文献 (7)7 附录 (8)7.1源程序 (8)7.2相关图片 (9)1 系统概述针对项目根据实际拟订目标，结合我们所学知识，从仿人外形和仿人运动功能实现，首先确定了双足双足机器人自由度。

双足机器人的机构是所有部件的载体，也是设计两足双足机器人最基本的和首要的工作。

基于STM32F407的双足机器人双足机器人是一种模仿人类步行方式的机器人，它的动作更加灵活自然，能够适应各种复杂的环境和地形。

在现代科技的发展下，双足机器人已经被广泛应用于教育、娱乐和工业等领域。

而基于STM32F407的双足机器人则是一种新型的机器人，它利用STM32F407单片机搭建控制系统，具有高性能和低功耗的特点，成为了双足机器人中的一个重要组成部分。

一、STM32F407STM32F407是意法半导体公司推出的一款高性能ARM Cortex-M4内核的微控制器，具有丰富的外设和强大的性能优势。

它集成了丰富的外设，包括ADC、DAC、PWM、USART、I2C、SPI、CAN等，适用于各种复杂的应用场景。

STM32F407还具有低功耗和高性能的特点，能够满足双足机器人对于控制系统的要求。

基于STM32F407的双足机器人控制系统由STM32F407单片机、电机驱动器、传感器模块、姿态估计算法等组成。

STM32F407单片机作为控制核心，负责控制双足机器人的动作、平衡和姿态调整等功能。

电机驱动器则用于控制双足机器人的步态和速度，传感器模块用于感知周围环境，姿态估计算法用于实时估计双足机器人的姿态和状态。

1. 高性能：基于STM32F407的双足机器人具有较高的性能优势，能够实现复杂的控制算法和运动规划，从而实现更加灵活和稳定的步行动作。

2. 低功耗：STM32F407单片机具有低功耗的特点，能够为双足机器人提供可靠的电力支持，从而延长机器人的工作时间。

3. 灵活性：基于STM32F407的双足机器人具有较高的灵活性和可扩展性，能够根据不同的应用场景进行自由组合和调整，从而适应不同的任务需求。

1. 教育领域：基于STM32F407的双足机器人可以作为教育工具，用于教学生学习机器人控制和运动规划等知识，激发学生对科学和技术的兴趣。

2. 娱乐领域：基于STM32F407的双足机器人可以作为娱乐机器人，进行各种有趣的动作表演和互动，提供新颖的娱乐体验。

基于STM32F407的双足机器人双足机器人是一种模拟人类行走的机器人，可以实现步行、跑步、跳跃等动作。

本文将介绍基于STM32F407的双足机器人的设计原理和实现过程。

我们需要设计机器人的硬件部分。

双足机器人需要具备平衡能力和步行能力。

为了实现这一目标，我们需要在两条腿上安装舵机和传感器。

舵机可以控制腿部的运动，传感器可以检测机器人的倾斜角度和腿部的位置。

基于STM32F407的双足机器人主控制器需要具备较强的计算能力和控制能力。

STM32F407是一款高性能的ARM Cortex-M4微控制器，具有高速的运算能力和多种外设接口。

我们可以将STM32F407作为机器人的主控制器。

接下来，我们需要设计机器人的软件部分。

双足机器人的软件主要包括运动控制算法和姿态控制算法。

运动控制算法用于控制舵机的转动角度，从而实现机器人的步行动作。

姿态控制算法用于保持机器人的平衡，根据传感器的测量值进行控制。

在编程上，我们可以使用Keil MDK进行开发。

Keil MDK是一款功能强大的集成开发环境，可以进行嵌入式软件的开发和调试。

我们可以使用C/C++语言编写机器人的软件，利用STM32F407的外设库函数进行控制。

我们需要对机器人进行测试和调试。

在测试阶段，我们可以通过连接电脑和机器人，通过串口通信进行调试。

我们还可以使用仿真软件进行虚拟测试，以提前检测和解决潜在的问题。

基于STM32F407的双足机器人可以应用于多个领域，例如教育、娱乐和服务机器人等。

通过不断改进和优化，双足机器人的性能和功能将得到进一步提升，为人们带来更多便利和乐趣。

基于STM32F407的双足机器人是一种具有广泛应用前景的机器人系统。

它结合了硬件设计和软件算法，能够实现人类步行动作，并具备平衡能力。

这为机器人技术的发展和应用带来了更多可能性。

基于STM32F407的双足机器人双足机器人是仿生型机器人的一种，与人类步态较为接近，因此在人机交互、服务机器人、医疗等领域有广泛应用。

本文介绍了基于STM32F407的双足机器人设计。

一、硬件设计1. 硬件原理图整个系统由主控板、电机驱动板、按键板、电量显示板、调试串口板、电源板等组成，如下图所示。

2. 材料清单双足机器人的材料清单主要包括：• 主控芯片：STM32F407• 电机驱动芯片：L298N• 步进电机：NEMA 17• 电源：12V、5A• 机壳：3D打印1. 系统框架整个系统采用嵌入式操作系统RTOS实现，用户可以通过触摸屏或按键操作控制双足机器人的移动、转向等动作。

2. 程序流程程序流程图如下图所示。

3. 关键算法（1）PID控制算法采用PID控制算法控制步进电机的转速，保证双足机器人移动的稳定性和平滑性。

（2）三关节反向解算算法该算法用于计算双足机器人每个关节的角度，使之达到期望角度，从而实现机器人的运动。

（3）Kinect传感器数据处理算法通过Kinect传感器获取地面深度数据，根据机器人的移动数据、机构参数、重心位置等计算机器人的倾角、速度等数据，从而实现双足机器人的平衡控制。

三、实验结果经实验，基于STM32F407的双足机器人控制系统工作稳定，运动平滑，靠墙时能自动保持平衡，转向时稳定性高，可靠性强。

四、结论本设计基于STM32F407的双足机器人控制系统，实现了双足机器人的运动控制。

通过Kinect传感器获取地面深度数据，根据机器人的移动参数计算机器人的倾角、运动速度等，从而实现机器人的平衡控制。

该设计为双足机器人系统提供了一个较为稳定、高可靠性的控制平台，并为双足机器人的应用提供了有力支持。

电子技术• Electronic Technology84 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering【关键词】双足机器人 姿态传感器 舵机 姿态修正 测距机器人是集众多高新领域于一身的高技术产物，由于技术的不断成熟，机器人的应用领域更加广泛，发挥越来越重要的作用。

本文采用STM32单片机作为核心处理器，为姿态传感器MPU050、舵机及超声波测距传感器提供良好的控制平台。

1 系统总体设计该款机器人各关节的运动均由舵机实现，按照舵机所处位置将舵机分为四组，分别对应机器人的四肢，便于后期编程和调试。

上位机通过无线串口向机器人主控制器发出指令，主控制器判断指令后控制对应舵机协调转动实现机器人直行、转弯、后退等一系列动作。

在机器人运动的同时，姿态传感器MPU6050实时收集机器人的姿态数据并反馈到主控制器，主控制器对反馈回来的数据经过解算得到机器人的俯仰角、横滚角、航向角；根据三个姿态角的大小判明机器人运动的方向和姿态，对机器人运动路线进行修正和姿态的调节；并通过无线串口将信息发送到上位机，使操作人员及时了解运动状态，从而增强运动的稳定性；当前方有障碍物时，超声波传感器测出障碍物的距离，当距离超过预设的安全距离时，机器人将执行避障程序，绕开障碍物，确保能够继续运行。

2 硬件组成及功用系统的硬件部分主要由动力系统，控制模块，传感器模块，通信模块，电源模块等组成。

具体如下：2.1 主控制器控制系统采用STM32F103C8T6芯片核心板作为主控制器。

该芯片是一款基于ARM Cortex-M 内核STM32系列的32位的微控制器，运行频率高达72MHZ ，工作电压基于STM32的双足机器人控制系统设计与实现文/张冬冬2V~3.6V ，可以输出多路PWM 方波，能够支持多串口同时通信，体积小巧，重量轻；能够较好满足要求。

2.2 数字舵机LD-220MG数字舵机LD-220MG 主要由马达、控制电路、减速齿轮等组成；相比于传统舵机具有响应速度快、控制精度高、线性度好等优势；同时该舵机扭矩较大，能够为双足机器人运动提供充足的动力。

基于飞思卡尔单片机的双足机器人的设计作者：翟文鹏李志伟来源：《硅谷》2015年第04期摘要本文以嵌入式单片机MC9S12XS128为中心控制器的设计了一款双足直立行走机器人，机器人可以无偏差的直线行走，并可检测特殊标志进行动作表演。

实际效果表明该机器人具备准确、快速行进、性能稳定的特点。

关键词飞思卡尔单片机；双足机器人；舵机；传感器中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2015）04-0028-02机器人技术的发展水平是一个国家科技水平和工业发展水平的一个重要标志[1]。

机器人技术是多学科发展的共同结晶，是现代科技的发展重点，当前机器人技术正朝着智能多样化方向发展[2]。

机器人一般由硬件机构、驱动装置和控制系统等组成[3]。

本文介绍了一种基于飞思卡尔16位单片机MC9S12XS128的双足直立行走机器人的设计方案。

经过不断的系统优化设计，该系统性能稳定，实现了循迹行驶、翻跟斗等系列高难度动作。

1 整体设计机器人系统是一个闭环或半闭环的控制系统。

首先要由传感器采集不同外界信号，然后根据采集信息计算机器人的位移和角度并输出到控制单元，确定机器人保持直线行走，并到达指定位置后根据传感器信息进行翻跟斗、转圈动作，最后直线走到终点顺利完成任务。

如图1所示，机器人主要由飞思卡尔单片机MC9S12XS128芯片模块、电源管理、激光传感器检测部分、Xtrinsic MAG3110磁力传感器纠正、舵机驱动等单元构成。

采用7.2V1600mAh锂电池给系统供电，MAG3110磁力传感器检测地磁信号，送到单片机中，判断出地磁方位并比较初次采入值，进行位置偏移调整。

单片机接收到激光传感器的信息，执行完成翻跟斗、转圈动作。

图1 系统模块图2 硬件设计2.1 机器人机器人由6个舵机组成，分为两组，左右各三个分别组成两条腿。

中部顶部舵机可前后活动90度，便于机器人卧倒及翻跟斗动作。

单片机及相关机器电路安装在顶部，便于控制。

基于STM32F407的双足机器人双足机器人是一种仿生机器人，具有双足步行能力，能够模拟人类的步态和动作。

它具有很高的灵活性和稳定性，可以适应不同的地形和环境。

基于STM32F407的双足机器人具有先进的控制系统和智能算法，能够实现复杂的动作和任务。

本文将介绍基于STM32F407的双足机器人的设计原理、控制系统和应用场景。

一、设计原理基于STM32F407的双足机器人主要由机械结构、传感器系统、控制系统和动力系统四个部分组成。

机械结构是双足机器人的骨架，它决定了机器人的外形和运动方式。

传感器系统用于感知环境和身体状态，包括视觉传感器、惯性传感器、力传感器等。

控制系统是双足机器人的大脑，它接收传感器数据并计算出相应的动作指令。

动力系统则负责执行控制系统的指令，驱动机器人进行运动。

1. 高性能处理器：STM32F407是一款高性能的32位微控制器，具有丰富的外设和强大的计算能力，能够满足双足机器人复杂的控制算法和实时运动要求。

2. 多轴驱动：双足机器人需要精确的多轴驱动来实现步行和平衡，STM32F407提供了丰富的PWM输出通道和高速定时器，能够满足机器人的驱动需求。

3. 实时通信：双足机器人需要实时地接收和发送数据，与外部设备进行通信。

STM32F407具有丰富的通信接口和高速外设，能够满足双足机器人的通信需求。

基于STM32F407的双足机器人的设计原理可以满足机器人的高性能计算和实时控制要求，为机器人的稳定步行和复杂动作提供了坚实的技术基础。

二、控制系统基于STM32F407的双足机器人的控制系统包括感知、规划和执行三个部分，实现了双足机器人的全面控制。

感知部分主要通过传感器系统获取环境信息和身体状态，包括视觉、力觉、陀螺仪等传感器，将感知到的数据传输给控制系统。

规划部分主要通过控制算法对感知数据进行处理和分析，得出接下来的运动控制指令。

执行部分主要通过动力系统执行规划好的运动控制指令，控制机器人进行步行和平衡。

双足仿生机器人行走机构设计1. 引言双足仿生机器人是一种模仿人类步行方式的机器人，其行走机构的设计是实现机器人自主行走的关键。

本文将介绍双足仿生机器人行走机构的设计原理、结构与控制方法。

2. 设计原理双足仿生机器人的行走机构设计基于人类步行的原理。

人类步行是一种交替进行的两足动作，每步分为摆动相和支撑相。

在摆动相中，一只脚离地，并向前摆动；在支撑相中，另一只脚着地支撑身体。

机器人的行走机构需要模拟这一过程，通过控制各关节的运动实现机器人的步行。

3. 结构设计双足仿生机器人的行走机构包括传感模块、控制模块和执行模块。

传感模块用于感知机器人身体姿态和环境信息，如倾斜角、步长和地面状态等。

控制模块根据传感器信号和预设的步态参数计算关节的运动轨迹和力矩控制信号。

执行模块根据控制模块的指令，控制各关节运动，实现机器人的步行。

具体的结构设计包括：3.1 关节设计双足仿生机器人的关节设计需要考虑力矩传输、运动范围和结构强度等因素。

一般采用电机驱动的关节设计，通过控制电机的转动角度和力矩，实现机器人的步行动作。

3.2 脚底设计机器人的脚底设计需要考虑地面的摩擦力、稳定性和抗震性等因素。

一般采用具有摩擦力的材料作为脚底，例如橡胶或塑料材料。

同时，在脚底设计中还可以添加传感器，用于感知地面的状态和表面特征。

3.3 稳定性设计双足仿生机器人的稳定性设计是保证机器人能够在不倒地的情况下行走。

稳定性设计包括重心的控制、姿态的调节和动态平衡控制等。

通过控制机器人的关节运动和重心转移，使机器人能够保持平衡并行走。

4. 控制方法双足仿生机器人的行走机构控制方法包括开环控制和闭环控制两种。

4.1 开环控制开环控制是指根据预设的步态参数，通过控制各关节的运动轨迹和力矩，实现机器人的步行。

开环控制简单但稳定性较差，容易受到外界干扰影响。

4.2 闭环控制闭环控制是根据传感器信号和控制模块的反馈信息，实时调整关节的运动轨迹和力矩，以实现更加稳定的步行。

1 绪论两足步行机器人是指可以使用两只脚交替地抬起和放下，以适当的步伐运动的机器人，可分为拟人机器人和桌面型两足机器人 (仿人机器人)大小和人相似，不仅具有拟人的步行功能，而且通常还具有视觉、语音、触觉等一系列拟人的功能；桌面型两足机器人通常指体积较小，只具有步行功能及其他少数特定功能的两足机器人，例如具有步行功能和视觉功能的自主踢足球机器人。

与拟人机器人相比，桌面型两足步行机器人的成本较低，除了具有科研性外，还具有广泛地娱乐性，也可以应用在教学和比赛中。

国内外的机器人大赛中，常常可以看到桌面型两足步行机器人的身影[1]。

1.1 课题的研究背景和意义于两足步行机器人的拟人性和对环境良好的适应性等特点，受到各国政府和研究者的广泛重视，是当今世界的高新技术的代表之一。

它在科研、教学、比赛和娱乐等方面都很到了很好的应用。

江苏省大学生机器人大赛和全国大学生机器人大赛中经常有两足步行机器人，它可以参加舞蹈机器人比赛、两足竞走机器人比赛、Robocop类人组机器人踢足球[10]器人创新比赛、Robocop救援组比赛等。

舞蹈机器人比赛时使用了日本“KONDO”两足步行机器人，性能出众，发挥稳定，获得了舞蹈机器人比赛的冠军。

但是该机器人是集成度很高的商业产品，它的控制系统不开放底层代码，难以进行二次开发和步态研究。

所以本文基于机器人控制系统中常用的众多处理器和操作系统各自的特点，并结合“KONDO”机器人机械结构的特性，选用了高性能、低功耗的 8 位AVR®微处理器内核处理器ATMega8P来实现对机器人的控制来。

设计的控制系统控制指令精简，控制转角精度高，波特率可以实时更改，体积小，重量轻，其可作为类人型机器人、仿生机器人、多自由度机械手的主控制器。

随着中国机械产业的不断进步，各高校相继开设机械类创新课程和比赛，学生可将其应用在各类机械创新作品中，优化控制系统参加比赛。

日本“KONDO”机器人如图1.1所示。

1 引言机器人是作为现代高新技术的重要象征和发展结果，已经广泛应用于国民生产的各个领域，并正在给人类传统的生产模式带来革命性的变化，影响着人们生活的方方面面。

对于步行机器人来说，它只需要模仿人在特殊情况下(平地或己知障碍物)完成步行动作，这个条件虽然可以使机器人的骨骼机构大大降低和简化，但也不是说这个系统就不复杂了，其步行动作一样是高度自动化的运动，需要控制机构进行复杂而巧妙地协调各个关节上的动作。

双足机器人的研究工作开始于上世纪60年代末，只有三十多年的历史，然而成绩斐然。

如今已成为机器人领域主要研究方向之一。

最早在1968年，英国的Mosher．R 试制了一台名为“Rig”的操纵型双足步行机器人[1]，揭开了双足机器人研究的序幕。

该机器人只有踝和髋两个关节，操纵者靠力反馈感觉来保持机器人平衡。

1968~1969年间，南斯拉夫的M.Vukobratovic提出了一种重要的研究双足机器人的理论方法，并研制出全世界第一台真正的双足机器人。

双足机器人的研制成功，促进了康复机器人的研制。

随后，牛津大学的Witt等人也制造了一个双足步行机器人，当时他们的主要目的是为瘫痪者和下肢残疾者设计使用的辅助行走装置。

这款机器人在平地上走得很好，步速达0.23米/秒。

日本加藤一郎教授于1986年研制出WL－12型双足机器人。

该机器人通过躯体运动来补偿下肢的任意运动,在躯体的平衡作用下，实现了步行周期1.3秒，步幅30厘米的平地动态步行。

法国Poitiers大学力学实验室和国立信息与自动化研究所INRIA机构共同开发了一种具有15个自由度的双足步行机器人BIP2000，其目的是建立一整套具有适应未知条件行走的双足机器人系统。

它们采用分层递解控制结构，使双足机器人实现站立、行走、爬坡和上下楼梯等。

此外，英国、苏联、南斯拉夫、加拿大、意大利、德国、韩国等国家，许多学者在行走机器人方面也做出了许多工作。

国内双足机器人的研制工作起步较晚。

2022年 / 第5期 物联网技术1230 引 言随着社会和科技的进步，机器人出现在人们的视野，并逐渐代替人们服务于各行各业[1]。

日本经济产业省发布的《2012年机器人产业市场趋势》报告显示：2035年，日本机器人市场50%左右的订单来自服务业。

意味着机器人产业发展将呈现爆发态势。

我国人口红利在逐渐消失，劳动力成本上升，机器人需求增加[2-3]。

众所周知，在没有持续性研发资金供给和市场运作的背景下，国内的产业化机器人的研究还处于相当疲弱的状态，而且前景堪忧。

日本、德国、美国甚至韩国在计算机产业化领域正处于高速发展的状态，各国差距越来越大。

在当前形势下，我国应加强对机器人领域的了解和研究，为以后的发展奠定基础[4]。

本文利用STM32单片机设计了双足机器人的舵机控制系统，并对机器人的机械结构进行设计和步态规划，提高了机器人步态稳定性。

1 系统整体设计1.1 设计思路本文设计的双足机器人系统包含多个部分，主要由机械结构和控制系统组成，包括机械结构、驱动模块、传感模块和控制模块。

机械结构类似于人的骨架，它起到一个支撑平台的作用，机器人的其他部分都是在此平台基础上进行安装调试的。

控制系统类似于人的大脑，它发出相关指令和信号来控制机器人完成设计的规定动作。

双足机器人驱动是通过舵机对其进行控制的，而舵机的基本控制都是通过脉冲宽度调制（PWM ）技术进行的。

为了得到舵机的精确控制效果，本文设计了一个能够输出多路PWM 信号的舵机控制器。

下面介绍双足机器人的步态规划。

双足机器人的特点是具有多个关节、多个驱动器、多约束等，因此机器人行走时的步态规划控制难度较大，规划机器人步态使其稳定行走是本文设计的双足机器人的关键。

通过大量研究和分析人类行走方式以及翻跟斗的动作，设计出了双足机器人的机械结构并建立了简化运动的模型；在此工作基础上，根据ZMP 原理完成机器人的步态设计和规划，通过编程指令控制实现了一系列的动作，如前后移动、左右转动、前后翻滚等动作，最后对步态进行可行性测试。

基于STM32单片机的双足竞步机器人设计
邓三星;杨蒙蒙;张凯;刘越奇;刘通
【期刊名称】《物联网技术》
【年(卷),期】2022(12)6
【摘要】文中设计了一种小型双足竞步机器人。

机器人机械结构部分两足呈对称结构,可双足交叉直立行走。

控制部分使用STM32F103RCT6单片机芯片作为控制器主控芯片,控制器具有低压报警功能和上位机软件编程功能,能快速调试机器人动作。

机器人的双腿分别由3个双轴舵机串联而成,通过舵机控制机器人的重心来实现立正、向前走、向后走、向前翻跟斗、向后翻跟斗、向左转、向右转等动作。

在不使用各种传感器的情况下,该双足步行机器人可实现直线行走,在不使用弹性连接件的情况下,可自由运动。

【总页数】4页(P110-113)
【作者】邓三星;杨蒙蒙;张凯;刘越奇;刘通
【作者单位】黄河交通学院河南省智能制造技术与装备工程技术研究中心
【正文语种】中文
【中图分类】TP18
【相关文献】
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