模拟电路DIY项目报告基于单片机控制的多关节仿生机器人
题目基于单片机控制的多关节仿生机器人姓名肖翔天(组长) 贾潇郑家雄雄杨波闵
浩迪张鸣远赵政舒张泽中
专业电子工程学类
指导教师张利君王小静
基于单片机控制的多关节仿生机器人
摘要：随着人类探索自然界步伐的不断加速，各应用领域对具有复杂环境自主移动能力机器人的需求，日趋广泛而深入。理论上，足式机器人具有比轮式机器人更加卓越的应对复杂地形的能力，因而被给予了巨大的关注，但到目前为止，由于自适应步行控制算法匮乏等原因，足式移动方式在许多实际应用中还无法付诸实践。另一方面，作为地球上最成功的运动生物，多足昆虫则以其复杂精妙的肢体结构和简易灵巧的运动控制策略，轻易地穿越了各种复杂的自然地形，甚至能在光滑的表面上倒立行走。因此，将多足昆虫的行为学研究成果，融入到步行机器人的结构设计与控制中，开发具有卓越移动能力的仿生机器人，对于足式移动机器人技术的研究与应用具有重要的理论和现实意义。
在此我们对一种基于单片机控制的多关节仿生机器人——六足机器人进行研究。其地形适应能力强，具有冗余肢体，可以在失去若干肢体的情况下继续执行一定的工作，适合担当野外侦查、水下搜寻以及太空探测等对自主性、可靠性要求比较高的工作。
关键词：六足机器人，运动，结构设计，红外避障
Abstract：With the increasingly rapid step of human exploration of nature, the demand for robots with autonomous mobility under complex environment has been getting broader and deeper in more and more application areas. Theoretically, legged robot offers more superior performance of dealing with complicated terrain conditions than that provided by wheeled robot and therefore has been given great concern, however up to now, for the reason of absence of adaptive walk control algorithm, legged locomotion means still could not be put into practice in many practical applications yet. While on the other hand, as the most successful moving creature on the earth, multi-legged insect has facilely managed to surmount various complex natural landforms and even to walk upside down on smooth surfaces by right of its sophisticated limb structure and dexterous locomotion control strategies. Accordingly, it contains great theoretical and practical significance for the research and application
of legged mobile robotics to blend the behavioral research effort of multi-legged insect into the mechanical design and control of walking robot and furthermore to develop hexapod biomimetic robots with more superexcellent mobility.
Hexapod robots have strong abilities to adapt the terrain, and have redundancy in the legs, so they can go on carrying out jobs in the case of losing some legs. They are suit for tasks which have strict demands for independency and reliability such as spying in the wild, searching underwater and exploring the outer space.
Key words:Hexapod robot，movement，mechanical design，infrared obstacle avoidance
1.六足机器人的背景与介绍
目前，用于在人类不宜、不便或不能进入的地域进行独立探测的机器人主要分两种，一种是由轮子驱动的轮行机器人，另一种是基于仿生学的步行机器人。轮行机器人的不足之处在于对于未知的复杂自然地形，其适应能力很差，而步行机器人可以在复杂的自然地形中较为容易的完成探测任务。因此多足步行机器人有广阔的应用前景，如军事侦察、矿山开采、核能工业、星球探测、消防及营救、建筑业等领域。在步行机器人中，多足机器人是最容易实现稳定行走的。在众多步行机器人中，模仿昆虫以及其他节肢动物们的肢体结构和运动控制策略而创造出的六足机器人是极具代表性的一种。六足机器人与两足和四足步行机器人相比，具有控制结构相对简单、行走平稳、肢体冗余等特点，这些特点使六足机器人更能胜任野外侦查、水下搜寻以及太空探测等对独立性、可靠性要求比较高的工作。国内外对六足机器人进行了广泛的研究，现在已有70多种六足机器人问世，由于六足仿生机器人多工作在非结构化、不确定的环境内，人们希望其控制系统更加灵活，并且具有更大的自主性。同时六足仿生机器人肢体较多，运动过程中需要实现各肢体之间的协调工作，如何方便可靠的实现这种协调，也是六足仿生机器人结构设计研究的一个热点。
国外对移动机器人的专门研究始于60年代末期。斯坦福研究院(SRI)的Nils Nilssen和Charles Rosen等人在1966年至1972年中研制出了名为Shakey的自主
移动机器人，用于应用人工智能技术在复杂环境下机器人系统的自主推理、规划和控制的研究。与此同时,最早的操作式步行机器人也研制成功,美国的Shigley 和Baldwin都使用凸轮连杆机构设计了机动的步行车，但由于技术水平限制，所设计的步行机效率低而且对地面的适应性也差，从而开始了机器人步行机构方面的研究,以解决机器人在不规则环境中的运动问题。由于新的材料的发现、智能控制技术的发展、对步行机器人运动学、动力学高效建模方法的提出以及生物学知识的增长促使了步行机器人向模仿生物的方向发展。2000年美国研制出六足仿生步行机器人Biobot,采用气动人工肌肉的方式驱动,压缩空气由步行机上部的管子传输,并由气动作动力，驱动各关节,使用独特的机构来模仿肌肉的特性。与电机驱动相比,该作动器能提供更大的力和更高的速度，使机器人像昆虫那样在凸凹不平地面上仍能高速和灵活步行。加拿大McGill大学的Martin Buehler本着“功能仿真”的目的，利用电动机作为驱动研制了Scout I、Scout II四足步行机器人和RHex六足机器人。
多足步行机器人是涉及到生物科学、仿生工程学、机构学、电学、控制学、传感技术以及信息处理技术等多学科的一门综合性高技术学科。到目前为止，尽管多足步行机器人技术有了很大的发展，国内外研究开发了很多原理样机或实验模型，但制约多足步行机器人技术进一步发展的基础理论问题并没有得到根本的解决。因此六足机器人的改进和进一步改良仍是目前最大的问题。
2.六足机器人的机械结构及设计原理
2.1 机械结构
机器人整体结构如图所示，分为
身体与腿部。腿共有六条，每条
均由三个舵机控制关节运动。身
体分为两层，下层放置有舵机控
制板和锂电池，舵机控制板下装
有红外传感器。背面附有减压电
阻和上拉电阻，腿部为了增加与
地面摩擦力而用了热熔胶处理
2.2 设计原理
2.2.1运动原理
直行前进步法的设计：状态
a 至状态f 为一个运动周期，循环进行a 到f 的步法（如下表） 状态/腿
1 2 3 4 5 6 a ①前转30度
②上转30度
③下转15度
不动 支撑 ①前转30度②上转30度③下15度 不动 支撑 ①前转30度②上转30度③下15度 不动 支撑 b ②下转30度
③上转15度 撑地
①前转30度②上转30度③下转15度 ②下转30度③上转15度 撑地 ①前转30度②上转30度③下转15度 ②下转30度③上转15度 撑地 ①前转30度②上转30度③下转15度 c ①后转30度 撑地
②下转30度
③上转15度 撑地 ①后转30度 撑地 ②下转30度③上转15度 撑地
①后转30度 撑地 ②下转30度③上转15度 撑地 d 不动 支撑 ①前转30度②上转30度③下转15度 不动 支撑 ①前转30度
②上转30度
③下转15度
不动 支撑 ①前转30度②上转30度③下转15度 e ①前转30度②上转30度②下转30度③上转15度 ①前转30度②上转30度②下转30度③上转15度 ①前转30度②上转30度
②下转30度
③上转15度
③下转15度 撑地
③下转15度 撑地 ③下转15度 撑地
f ②下转30度
③上转15度 撑地 ①后转30度 撑地 ②下转30度③上转15度 撑地 ①后转30度 撑地 ②下转30度③上转15度 撑地 ①后转30度 撑地
转弯步法的设计：参照上图与上表，左转时，表中其余步法均不变，只将左侧非支撑腿的动作由前进改为后退即可。右转时，同样只将右侧非支撑腿的动作由前进改为后退。
后退步法的设计：参照上图与上表，只需要将所有的前进动作改为后退即可。
2.2.2自动避障原理
机器人头部安装有红外传感器，当其探测到一定距离内有障碍物时会发送信号至单片机，接收后单片机发送相应信号至舵机控制板，舵机控制板再控制舵机进行机体的转向，通过这一过程机器人实现了自动避障。
3. 六足机器人的组装与调试
3.1 零件制作与组装
机器人的主要零件及安装位置如图所示。组装时
·红外传感器与电源间接上拉电阻保持初始高电平
·单片机，舵机控制板，红外传感器负极共地
·电源正极接两块整流桥堆，使得输出电压稳定降压 1.8V ，达到各零件额定电压范围
3.2 机械调试
调试主要包括以下方面：
1对初始站立姿态的调试。完成机器人拼接后，首先根据机器人重心的位置以及六足的细微不同，调节舵机初始角度，以达到六足受力均匀，身体平面处于水平位置，机器人稳定站立。
2对步态的调试。包括前进步态，转弯步态，后退步态。通过调节各足在运动时三个舵机的转动幅度，直至达到六足协调，受力均匀，切动作效果明显为止 3对红外传感器和单片机的调试。包括设计晶振的规格，设计连接方案，设计红
外传感器判定代码等。
3.3最终成果
机器人完成了以下目标：
1六腿协调平衡，稳定站立
2正确识别运动指令，能够转弯与直线前行，后退
3正确接收红外探测器信号，并据此自动判断是否转弯，达成避障功能4.组内项目分工
单片机程序设计肖翔天郑家雄
足部关节运动方案张泽中杨波
舵机的设计与组装张鸣远
原料购买与零件制作贾潇闵浩迪赵政舒
5.实验进程以及完成情况
时间计划完成实际完成情况
10.5 完成一条足部的设计制作及运
动方案设计，完成单片机基础知
识的学习完成了一条足部的设计，但由于尺寸略有偏差，继续进行了一次修改。完成了单片机基础知识的学习
11.12 完成六条足部的制作，完成机器
人身体的制作，完成好电路的设
计，保证单片机，传感器，舵机
间的信息收发正常。完成六条足部的制作，完成机器人身体的制作，设计好了部分电路。
12.10 完成机器人基础运动的单片机
程序设计并调试。制作出了样机，完成了大部分腿部运动的调试
12.20 实现机器人复杂运动以及自动
规避障碍的功能。制作出了完整机器人，完成了线路拼接和所有程序设计
6.总结与展望
多足行走机器人，具有运动稳定好，适应性强，控制方便的优点。它可以较易地跨过比较大的障碍（如沟、坎等），并且机器人足所具有的大量的自由度可以使机器人的运动更加灵活，对凹凸不平的地形的适应能力更强；足式机器人的立足点是离散的，跟地面的接触面积较小，因而可以在可达到的地面上选择最优支撑点，即使在表面极度不规则的情况下，通过严格选择足的支撑点，也能够行走自如。所以在未来的科技发展以及生活中六足机器人的实用性和功能性愈发强烈。
在此次设计的过程中，通过小组讨论，共同探讨研究方案与实验规划等培养了我们的综合运用所学知识的能力，分析和解决实际中所遇到问题的能力，并且能巩固和深化我所学的专业知识，使我在调查研究和收集资料等方面的能力有了显著的提高，同时在理解问题，分析问题、设计机构和绘图能力方面有较大的进步。
步行机器人是一个新兴的多学科交叉领域，对步行机器人的科学研究和应用开发在世界上方兴未艾，许多关键技术还有待解决和改进，同时，许多新的理论和技术开始向步行机器人领域渗透，大大扩展了步行机器人领域的研究空间。步行机器人的运动学和动力学作为运动控制和其他功能的基础必然在其以后的研究中起到越来越重要的作用。但是在机械动力学理论方面和机器人灵活性方面还有很大的发展空间和尚未解决的一系列难题，因此我们觉得这会是未来六足机器人的发展方向和实验重点。
7.实验心得
模拟电路是一门基于实践操作的学科，它有着很强的实践性和可操作性。本学期安排的模拟电路DIY实验就很好地诠释了这一点，在本次试验中，我们小组中各位成员尽心尽力合作完成了六足机器人的制作与调试。从选题到规划分配再到动手制作机器人的关节，身体，再到最后的拼接与调试，都是小组中每位成
员辛勤工作的结果。可以说，没有良好的合作就没有最后实验成果的喜悦，这一点也是我们在本次实验中所总结出来的。另外通过一个学期模拟电路的学习，我们不仅掌握了相关的模拟电路知识，更重要的是掌握了一种学习的思维和方法，最后我们将这种严谨的思维和求真务实的研究方法带入到DIY实验中来，使我们通过一次次的组装，一遍遍的调试体会到了科学研究的严谨的态度和持之以恒的重要。
另外，通过本次DIY实验，我们也接触到了许多最前沿的科技项目，在聆听他人的讲解和自己不断的寻找资料的过程中，我们不仅开阔了科学前沿的视野也打开了前往电子工程的这道大门。兴趣是最好的老师，我们在实验过程中不断加深知识的理解和理论的应用进而逐步对电路的设计与改进产生了极大的兴趣，我想这在今后的学习生活中会起到不可小觑的作用。
最后，在这里特别感谢模拟电路这门课的所有授课老师以及张利君，王小静老师，感谢各位老师在这一学期的教学与实验中给予的帮助。
虽然模拟电路的学习就要告一段落了，但是它所带给我们的思想火花与实验理念会永不停息。
8.参考文献
【1】曾桂英，刘少军.六足步行机器人的设计研究.中南大学机电工程学院, 长沙410083
【2】陈学东.多足步行机器人运动规划与控制[M ].中科技大学出版社, 2006121. 【3】徐轶群,万隆君.四足步行机器人腿机构及其稳定性步态控制[D].厦门集美大学.200108
【4】王新杰，黄涛，陈鹿明.四足步行机器人爬行步态的计算机仿真[D].郑州.200704
【5】郭鸿勋，陈学东. 六足步行机器人机械系统[D].武汉：华中科技大学.200804 【6】安丽桥，朱磊.六脚足式步行机器人的设计与制作[D].上海：上海交通大学. 200602
【7】刘静，赵晓光，谭民.腿式机器人的研究综述[J].中国科学院自动化研究所复杂系统与智能科学实验室,北京100080
模拟电子技术基础中的常用公式 第7章半导体器件 主要内容：半导体基本知识、半导体二极管、二极管的应用、特殊二极管、双极型晶体管、晶闸管。 重点：半导体二极管、二极管的应用、双极型晶体管。难点：双极型晶体管。 教学目标：掌握半导体二极管、二极管的应用、双极型晶体管。了解特殊二极管、晶闸管。 第8章基本放大电路 主要内容：放大电路的工作原理、放大电路的静态分析、共射放大电路、共集放大电路。 重点：放大电路的工作原理、共射放大电路。难点：放大电路的工作原理。 教学目标：掌握放大电路的工作原理、共射放大电路。理解放大电路的静态分析。了解共集放大电路。 第9章集成运算放大器
主要内容：运算放大器的简单介绍、放大电路中的反馈、基本运算电路。 重点：基本运算电路。难点：放大电路中的反馈。 教学目标：掌握运算放大器在信号运算与信号处理方面的应用。了解运算放大器的简单介绍、放大电路中的反馈。 第10章直流稳压电源 主要内容：直流稳压电源的组成、整流电路、滤波电路、稳压电路。 重点和难点：整流电路、滤波电路、稳压电路。 教学目标：掌握直流电源的组成。理解整流、滤波、稳压电路。第11章组合逻辑电路 主要内容：集成基本门电路、集成复合门电路、组合逻辑电路的分析、组合逻辑电路的设计、编码器、译码器与数码显示。 重点：集成复合门电路、组合逻辑电路的分析。难点：组合逻辑电路的设计。 教学目标：掌握集成复合门电路、组合逻辑电路的分析。了解组合逻辑电路的设计、编码器、译码器与数码显示。
第12章 时序逻辑电路 主要内容：双稳态触发器、寄存器、计数器。 重点：双稳态触发器。 难点：寄存器、计数器。 教学目标：掌握双稳态触发器。了解寄存器、计数器。 半导体器件基础 GS0101 由理论分析可知，二极管的伏安特性可近似用下面的数学表达式来表示： )1()(-=T D V u sat R D e I i 式中，i D 为流过二极管的电流，u D 。为加在二极管两端的电压，V T 称为温度的电压当量，与热力学温度成正比，表示为V T = kT/q 其中T 为热力学温度，单位是K ；q 是电子的电荷量，q=×10-19 C ；k 为玻耳兹曼常数，k = ×10 -23 J ／K 。室温下，可求得V T = 26mV 。I R(sat) 是二极管的反向饱和电流。 GS0102 直流等效电阻R D 直流电阻定义为加在二极管两端的直流电压U D 与流过二极管的直流电流I D 之比，即
编号: 哈尔滨工业大学 大一年度项目中期检查报告 项目名称：仿生六足机器人 项目负责人：学号 联系电话：电子邮箱： 院系及专业：机电工程学院 指导教师：职称： 联系电话：电子邮箱： 院系及专业：机电工程学院 哈尔滨工业大学基础学部制表 填表日期：2014 年 6 月28 日
一、项目团队成员（包括项目负责人、按顺序） 二、指导教师意见 三、项目专家组意见
四、研究背景 1.研究现状 4.1国内研究现状 随着电子技术发展，计算机性能的提高，使多足步行机器人技术进入了基于计算机控制的发展阶段。其中有代表性的研究为1993年,美国卡内基-梅隆大学开发出有缆的八足步行机器人DANTE，图1所示,用于对南极的埃里伯斯火山进行了考察，其结构由2个独立的框架构成。这一阶段研究的重点在于机器人的运动机构的设计、机器人的步态生成与规划及传统的控制方法在机器人行走运动控制过程的应用。Boston Dynamics公司的Big Dog四足机器人用于为军队运输装备，其高3英尺，重165磅，可以以3.3英里的速度行进，其采用汽油动力。 图1 Adaptive Suspension Vehicle 图2 Odex1步行机器人 图3 MIT腿部实验室的四足和双足机器人图4 DANTE步行机器人 由于新的材料的发现、智能控制技术的发展、对步行机器人运动学、动力学高效建模方法的提出以及生物学知识的增长促使了步行机器人向模仿生物的方向发展。 4.2国外研究现状 我国步行机器人的研究开始较晚，真正开始是在上世纪80年代初。1980年，中国科学院长春光学精密机械研究所采用平行四边形和凸轮机构研制出一台八足螃蟹式步行机,主要用于海底探测
一. 桥式整流电路 1二极管的单向导电性：二极管的PN结加正向电压，处于导通状态；加反向电压，处于截止状态。 伏安特性曲线; 理想开关模型和恒压降模型： 理想模型指的是在二极管正向偏置时,其管压降为0,而当其反向偏置时,认为它的电阻为无穷大,电流为零.就是截止。恒压降模型是说当二极管导通以后,其管压降为恒定值,硅管为0.7V，锗管0.5 V 2桥式整流电流流向过程： 当u 2是正半周期时，二极管Vd1和Vd2导通；而夺极管Vd3和Vd4截止，负载R L 是的电流是自上而下流过负载，负载上得到了与u 2正半周期相同的电压；在u 2的负半周，u 2的实际极性是下正上负，二极管Vd3和Vd4导通而Vd1和Vd2 截止，负载R L 上的电流仍是自上而下流过负载，负载上得到了与u 2正半周期相同的电压。 3计算:Vo,Io,二极管反向电压 Uo=0.9U 2, Io=0.9U 2 /R L ,U RM =√2 U 2 二.电源滤波器 1电源滤波的过程分析：电源滤波是在负载R L 两端并联一只较大容量的电容器。由于电容两端电压不能突变，因而负载两端的电压也不会突变，使输出电压得以平滑，达到滤波的目的。 波形形成过程：输出端接负载R L 时，当电源供电时，向负载提供电流的同时也
向电容C充电，充电时间常数为τ 充=（Ri∥R L C）≈RiC,一般Ri〈〈R L, 忽略Ri压 降的影响，电容上电压将随u 2迅速上升，当ωt=ωt 1 时，有u 2=u 0,此后u 2 低于u 0，所有二极管截止，这时电容C通过R L 放电，放电时间常数为R L C，放 电时间慢，u 0变化平缓。当ωt=ωt 2时，u 2=u 0, ωt 2 后u 2又变化到比u 0 大，又开始充电过程，u 0迅速上升。ωt=ωt 3时有u 2=u 0，ωt 3 后，电容通 过R L 放电。如此反复，周期性充放电。由于电容C的储能作用，R L 上的电压波动 大大减小了。电容滤波适合于电流变化不大的场合。LC滤波电路适用于电流较大，要求电压脉动较小的场合。 2计算:滤波电容的容量和耐压值选择 电容滤波整流电路输出电压Uo在√2U 2~0.9U 2 之间，输出电压的平均值取决于 放电时间常数的大小。 电容容量R L C≧（3~5）T/2其中T为交流电源电压的周期。实际中，经常进一步 近似为Uo≈1.2U 2整流管的最大反向峰值电压U RM =√2U 2 ，每个二极管的平均电 流是负载电流的一半。 三.信号滤波器 1信号滤波器的作用:把输入信号中不需要的信号成分衰减到足够小的程度，但同时必须让有用信号顺利通过。 与电源滤波器的区别和相同点：两者区别为：信号滤波器用来过滤信号，其通带是一定的频率范围，而电源滤波器则是用来滤除交流成分，使直流通过，从而保持输出电压稳定；交流电源则是只允许某一特定的频率通过。 相同点：都是用电路的幅频特性来工作。 2LC串联和并联电路的阻抗计算:串联时，电路阻抗为Z=R+j(XL-XC)=R+j(ωL-1/ωC) 并联时电路阻抗为Z=1/jωC∥(R+jωL)= 考滤到实际中，常有R<<ωL,所以有Z≈
1.PN结反向电压时，其空间电荷区将，使运动占优。 2.PN结内电场的方向由区指向区。 3.P型半导体中掺入的杂质是价元素,多数载流子是 ,少数载流子 是 . 4.本征半导体中加入微量五价元素的杂质,构成的是型半导体,起多数载流子 是 ,少数载流子是 . 5.二极管的单向导电性是加正向电压 ,加反相电压 . 6.PN结具有单向导电性是指 . 7.PN 结处于正向偏置是指 . 8.由理想二极管组成的电路如图1所示,则该电路的输出电压U AB= . 9.由理想二极管组成的电路如图2所示,则该电路的输出电压U AB= . 10.半导体二极管在整流电路中,主要是利用其特性. 11.所谓PN结的正偏偏置,是将电源的正极与区相接,负极与区相接,在正向 偏置电压大于死区电压的条件下,PN结将 . 12.半导体三极管结构上的特点为基区、,发射 区、,集电区、. 13.半导体三极管工作在放大区时,发射结应加电压,集电结应加电压; 工作 在饱和区时,U CES≈ ;I CS≈ ; 工作在截止区时, U CE≈ ;I C≈ . 14.在三极管放大电路中,测得静态U CE=0V,说明三极管处于工作状态. 15.晶体三极管是型控制器件.场效应管是型控制器件. 16.已知晶体三极管的发射极电流I E=2mA,集电极电流I C=1.98mA,若忽略穿透电流I CEO的影 响时,则该管的β= . 17.半导体三极管通常可能处于、、 3种工作状态. 18.半导体三极管又称双极型三极,因为 ;场效应管又称单极型三极,因 为 . 19.已知晶体管各管脚电位如图所示,则该管子的材料是 ,型号是 ,工作状态 是 . 20.半导体三极管的穿透电流I CEO随温度的升高而,β随温度的升高而, U BE 随温度的升高而, I C随温度的升高而 21.PNP型三极管处于放大状态时,3个电极电位以极电位最高, 极电位最低. 22.在三极管组成的放大电路输入回路中，耦合电容的作用是。 23.在单级共射放大电路的输入端加一微小的正弦波电压信号，而在输出端的电压信号出现 正半周削顶现象，这是属于失真。
word 资料 模拟电子技术基础中的常用公式 第7章 半导体器件 主要内容：半导体基本知识、半导体二极管、二极管的应用、特殊二极管、双极型晶体管、晶闸管。 重点：半导体二极管、二极管的应用、双极型晶体管。 难点：双极型晶体管。 教学目标：掌握半导体二极管、二极管的应用、双极型晶体管。了解特殊二极管、晶闸管。 第8章 基本放大电路 主要内容：放大电路的工作原理、放大电路的静态分析、共射放大电路、共集放大电路。 重点：放大电路的工作原理、共射放大电路。 难点：放大电路的工作原理。 教学目标：掌握 放大电路的工作原理、共射放大电路。理解 放大电路的静态分析。了解共集放大电路。 第9章 集成运算放大器
主要内容：运算放大器的简单介绍、放大电路中的反馈、基本运算电路。 重点：基本运算电路。难点：放大电路中的反馈。 教学目标：掌握运算放大器在信号运算与信号处理方面的应用。了解运算放大器的简单介绍、放大电路中的反馈。 第10章直流稳压电源 主要内容：直流稳压电源的组成、整流电路、滤波电路、稳压电路。 重点和难点：整流电路、滤波电路、稳压电路。 教学目标：掌握直流电源的组成。理解整流、滤波、稳压电路。第11章组合逻辑电路 主要内容：集成基本门电路、集成复合门电路、组合逻辑电路的分析、组合逻辑电路的设计、编码器、译码器与数码显示。 重点：集成复合门电路、组合逻辑电路的分析。难点：组合逻辑电路的设计。 教学目标：掌握集成复合门电路、组合逻辑电路的分析。了解组合逻辑电路的设计、编码器、译码器与数码显示。 - 71 -
word 资料 第12章 时序逻辑电路 主要内容：双稳态触发器、寄存器、计数器。 重点：双稳态触发器。 难点：寄存器、计数器。 教学目标：掌握双稳态触发器。了解寄存器、计数器。 7.1 半导体器件基础 GS0101 由理论分析可知，二极管的伏安特性可近似用下面的数学表达式来表示： )1()(-=T D V u sat R D e I i 式中，i D 为流过二极管的电流，u D 。为加在二极管两端的电压，V T 称为温度的电压当量，与热力学温度成正比，表示为V T = kT/q 其中T 为热力学温度，单位是K ；q 是电子的电荷量，q=1.602×10-19 C ；k 为玻耳兹曼常数，k = 1.381×10-23 J ／K 。室温下，可求得V T = 26mV 。I R(sat)是二极管的反向饱和电流。 GS0102 直流等效电阻R D 直流电阻定义为加在二极管两端的直流电压U D 与流过二极管的直流电流I D 之比，即
Proteus在模拟电路中仿真应用Proteus在很多人接触都是因为她可以对单片机进行仿真，其实她在模拟电路方面仿真能力也很强大。下面对几个模块方面的典型带那路进行阐述。 第1部分模拟信号运算电路仿真 1.0 运放初体验 运算，顾名思义，正是数学上常见的加减乘除以及积分微分等，这里的运算电路，也就是用电路来实现这些运算的功能。而运算的核心就是输入和输出之间的关系，而这些关系具体在模拟电路当中都是通过运算放大器实现的。运算放大器的符号如图1所示。 同相输入端， 输出信号不反相 反相输入端， 输出信号反相 输入端 图1 运算放大器符号 运算器都工作在线性区，故进行计算离不开工作在线性区的“虚短”和“虚断”这两个基本特点。与之对应的，在Proteus中常常用到的放大器有如图2几种。 3 2 1 4 1 1 U1:A TL074 3 2 6 7 415 U5 TL071 3 2 6 7 415 U6 741图2 Proteus中几种常见放大器 上面几种都是有源放大器件，我们还经常用到理想无源器件，如图4所示，它的位置在“Category”—“Operational Amplifiers”—“OPAMP”。
图4 理想无源放大器件的位置 1.1 比例运算电路与加法器 这种运算电路是最基本的，其他电路都可以由它进行演变。 （1）反相比例运算电路，顾名思义，信号从反相输入端进入，如图5所示。 RF 10K R1 2K Volts -5.00 R1(1) 图5 反相比例运算电路 由“虚断”“虚短”可知：f o i 1 *R u u R =- 我们仿真的值：11(1)1 ,2,10i f U R V R K R K ====，
模拟电路部分习题答案 第二章晶体二极管及应用电路 2-1．填空 （1）N型半导体是在本征半导体中掺入五价元素；P型半导体是在本征半导体中掺入三价元素。 （2）当温度升高时，二极管的反向饱和电流会增大。 （3）PN结的结电容包括势垒电容和扩散电容。 （4）晶体管的三个工作区分别是放大区、截止区和饱和区。在放大电路中，晶体管通常工作在放大区区。 （5）结型场效应管工作在恒流区时，其栅-源间所加电压应该反偏。（正偏、反偏） 2-2．判断下列说法正确与否。 （1）本征半导体温度升高后，两种载流子浓度仍然相等。（） （2）P型半导体带正电，N型半导体带负电。（） （3）结型场效应管外加的栅-源电压应使栅-源间的耗尽层承受反向电压，才能保证R GS大的特点。（） （4）只要在稳压管两端加反向电压就能起稳压作用。（） （5）晶体管工作在饱和状态时发射极没有电流流过。（） （6）在N型半导体中如果掺入足够量的三价元素，可将其改型为P型半导体。（） （7）PN结在无光照、无外加电压时，结电流为零。（）
（8）若耗尽型N沟道MOS场效应管的U GS大于零，则其输入电阻会明显减小。（） 答案：（1）对；温度升高后，载流子浓度会增加，但是对于本征半导体来讲，电子和空穴的数量始终是相等的。 （2）错；对于P型半导体或N型半导体在没有形成PN结时，处于电中性的状态。 （3）对；结型场效应管在栅源之间没有绝缘层，所以外加的栅-源电压应使栅-源间的耗尽层承受反向电压，才能保证R GS大的特点。 （4）错；稳压管要进入稳压工作状态两端加反向电压必须达到稳压值。 （5）错；晶体管工作在饱和状态和放大状态时发射极有电流流过，只有在截止状态时没有电流流过。 （6）对； N型半导体中掺入足够量的三价元素，不但可复合原先掺入的五价元素，而且可使空穴成为多数载流子，从而形成P型半导体。 （7）对；PN结在无光照、无外加电压时，处于动态平衡状态，扩散电流和漂移电流相等。 （8）错。绝缘栅场效应管因为栅源间和栅漏之间有SiO2绝缘层而使栅源间电阻非常大。因此耗尽型N沟道MOS场效应管的U GS 大于零，有绝缘层故而不影响输入电阻。2-3．怎样用万用表判断二极管的正、负极性及好坏 答：可以利用万用表的电阻挡测量二极管两端电阻，正向时电阻很小，反向时电阻很大。 2-4．二极管电路如题2-4图所示，试判断图中的二极管是导通
本文的设计为六足爬虫机器人，机器人以锂电池为动力源，单片机为控制元件，伺服电机为执行部件，机器人采用三足着地进行运动，通过单片机对伺服电机的控制，机器人能够实现前进、后退等运动方式，三足着地运动方式保证了机器人能够平稳运行。伺服电机具有力量大，扭矩大，体积小，重量轻等特点。单片机产生20ms 的PWM 波形，通过软件改写脉冲的占空比，从而达到改变伺服电机角度的目的。 1 机器人运动分析 1.1 六足爬虫式机器人运动方案比较 方案一：六足爬虫式机器人的每条腿都能单独完成抬腿、前进、后退运动。 此方案的特点： 每条腿都能自由活动，每条腿都能单独进行二自由度的运动。每条腿的灵活性好，更容易进行仿生运动，六足爬虫机器人可以完成除要求外的很多动作，运动的视觉效果更好。由于每条腿能单独完成二自由度的运动，所以每条腿上要安装两个舵机，舵机使用数量大，舵机的安装难度加大，机械结构部分的制作相对复杂，又由于每个舵机都要有单独的信号控制，电路控制部分变得复杂了，控制程序也相应的变得复杂。 方案二：六足爬虫式机器人采取三腿为一组的运动模式，且同一侧的前腿、后腿的前后转动由同一侧的中腿进行驱动。采用三腿为一组(一侧的前足、后足与另一侧的中足为一组)的运动方式，各条腿能够协调的进行运动，机器人的运动相对平稳。 此方案特点：相比上述方案，个腿能够协调运动，在满足运动要求的情况下，舵机使用数量少，节约成本。机器人运动平稳，控制、驱动部分都得到相应的简化，控制简单。选择此方案，机器人还可进行横向运动。 两方案相比，选择方案二更合适。 1.2 六足爬虫式机器人运动状态分析 1.2.1 机器人运动步态分析
项目研究报告 ——小型仿生六足探测机器人 一、课题背景： 仿生运动模式的多足步行机器人具有优越的越障能力，它集仿生学原理、机构学理论、自动控制原理与技术、计算机软件开发技术、传感器检测技术和电机驱动技术于一体。 不论在何种地面上行走，仿生六足机器人的运动都具有灵活性与变化性，但其精确控制的难度很大，需要有良好的控制策略与精密的轨迹规划，这些都是很好的研究题材。 二、项目创新点： 作为简单的关节型伺服机构，仿生六足机器人能够实现实时避障，合理规划行走路线。 简单的关节型机器人伺服系统不仅具有可批量制造的条件，作为今后机器人群系统的基本组成，也可以作为探索复杂伺服机构的研究对象。 三、研究内容： 1.仿生学原理分析： 仿生式六足机器人，顾名思义，六足机器人在我们理想架构中，我们借鉴了自然界昆虫的运动原理。 足是昆虫的运动器官。昆虫有3对足，在前胸、中胸和后胸各有一对，我们相应地称为前足、中足和后足。每个足由基节、转节、腿节、胫节、跗节和前跗节几部分组成。基节是足最基部的一节，多粗短。转节常与腿节紧密相连而不活动。腿节是最长最粗的一节。第四节叫胫节，一般比较细长，长着成排的刺。第五节叫跗节，一般由2-5个亚节组成﹔为的是便于行走。在最末节的端部还长着两个又硬又尖的爪，可以用它们来抓住物体。 行走是以三条腿为一组进行的，即一侧的前、后足与另一侧的中足为一组。这样就形成了一个三角形支架结构，当这三条腿放在地面并向后蹬时，另外三条腿即抬起向前准备替换。 前足用爪固定物体后拉动虫体向前，中足用来支持并举起所属一侧的身体，后足则推动虫体前进，同时使虫体转向。 这种行走方式使昆虫可以随时随地停息下来，因为重心总是落在三角支架之内。并不是所有成虫都用六条腿来行走，有些昆虫由于前足发生了特化，有了其他功用或退化，行走就主要靠中、后足来完成了。 大家最为熟悉的要算螳螂了，我们常可看到螳螂一对钳子般的前足高举在胸前，而由后面四条足支撑地面行走。
本科毕业设计（论文） 六足步行机器人设计与仿真 燕山大学 2012年6月
本科毕业设计（论文） 六足步行机器人设计与仿真 学院（系）：里仁学院 专业：机械电子工程 学生姓名：牛智 学号： 0811******** 指导教师：田行斌 答辩日期： 20012.6.17
燕山大学毕业设计（论文）任务书
摘要 摘要 基于仿生学原理，在分析六足昆虫运动机理的基础上，采用了仿哺乳类的腿部结构，并针对这种腿部结构设计了六足的行走方式，通过对18个直流伺服电机的控制，采用三角步态，实现了六足机器人的直行功能。仿真证明，这种结构能较好地维持六足机器人自身的平衡，并且对今后更深入地研究六足机器人抬腿行走姿态及可行性，具有较高的参考价值。 针对仿生六足步行机器人关节较多，其步态轨迹规划和关节控制量计算都较为复杂的现状，采用Solidworks软件与UG软件相结合的方式对六足仿生步行机器人的样机模型进行了运动学仿真与分析。通过仿真，验证了所设计的三角步态的适用性。 关键词六足机器人；步行；三角步态；运动学仿真
燕山大学本科生毕业设计（论文） Abstract A bionic leg structure which is similar to the legs of mammals was used，and a hexapod walking mode was designed according to this structure．By controlling 18 step motors straight walking function of the hexapod robot has been implemented with tripod gait movement．Simulation and experiment show that this structure can keep the hexapod robot balance better，providing high reference value to research the advantage and feasibility of leg raising walking gesture． As there are many joints in the bionic hexapod walking robot and the calculation of its walking track and joints control unit are comparatively comp- licated，the kinematical simulation and analysis of the model of bionic hexapod walking robot have been done by using solidworks and UG．Through simulation，the applicability of designed tripod gait are validated． Keywords Hexapod robot；Walking；Tripod gait；Kinematics simulation
MULTISIM 仿真实验报告
实验一单级放大电路 一、实验目的 1、熟悉multisim软件的使用方法 2、掌握放大器的静态工作点的仿真方法，及对放大器性能的影响。 3、学习放大器静态工作点、电压放大倍数，输入电阻、输出电阻的仿真方法，了解共 射级电路的特性。 二、虚拟实验仪器及器材 双踪示波器信号发生器交流毫伏表数字万用表 三、实验步骤 1.仿真电路图 V1 10mVrms 1kHz 0° R1 100kΩ Key=A 10 % R2 51kΩ R3 20kΩ R4 5.1kΩ Q1 2N2222A R5 100Ω R6 1.8kΩ C1 10μF C2 10μF C3 47μF 3 7 V2 12 V 4 5 2 1 R7 5.1kΩ 9 XMM1 6 E级对地电压25.静态数据仿真
仿真数据（对地数据）单位；V计算数据单位；V 基级集电极发射级Vbe Vce RP 2.834 6.126 2.2040.63 3.92210k 26.动态仿真一 1.单击仪表工具栏的第四个，放置如图，并连接电路。 V1 10mVrms 1kHz 0° R1 100kΩ Key=A 10 % R2 51kΩ R3 20kΩ R4 5.1kΩ Q1 2N2222A R5 100Ω R6 1.8kΩ C1 10μF C2 10μF C3 47μF 3 7 V2 12 V 4 5 2 R7 5.1kΩ XSC1 A B Ext Trig + + _ _+_ 6 1 9
2.双击示波器，得到如下波形 5.他们的相位相差180度。 27.动态仿真二 1.删除负载电阻R6 V1 10mVrms 1kHz 0° R1 100kΩ Key=A 10 % R2 51kΩ R3 20kΩ R4 5.1kΩ Q1 2N2222A R5 100Ω R6 1.8kΩ C1 10μF C2 10μF C3 47μF 3 7 V2 12 V 4 5 2 XSC1 A B Ext Trig + + _ _+_ 6 1 9 2.重启仿真。
六足仿生机器人 人们对机器人的幻想与追求已有3000多年的历史，人类希望制造一种像人一样的机器，以便代替人们完成各种工作。1959年，第一台工业机器人在美国诞生，近几十年，各种用途的机器人相继问世，使人类的许多梦想变为现实。随着机器人工作环境和工作任务的复杂化，要求机器人具备有更高的运动灵活性和特殊位置环境的适应性，机器人简单的轮子和履带的移动机构已不能适应多变复杂的环境要求。在仿生技术、控制技术和制造技术不断发展的今天，各种各样的仿生机器人相继被研制出来，仿生机器人已经成为机器人家族重要的成员。 仿生爬行机器人是一种基于仿生学原理研制开发的新型足式机器人。与传统的轮式或者履带机器人相比，足式机器人自由度多，可变性大、结构发杂、控制繁琐，但其在运动特性方面具有独特的优点：首先是足式机器人具有较好的机动性，对不平地面的适应能力十分突出，由于其立足点是离散的，与地面的接触面积较小，因而可以在可能达到的地面上选择最优支撑点，从而能够相对容易的通过松软地面以及跨过比较大的障碍；其次是足式机器人的运动系统可以实现主动隔振，允许机身运动轨迹与足轨迹解耦。尽管地面高
低不平，机身的运动仍可达到相对平稳。 本课题主要研究的内容是一种六足仿生机器人的机械机构部分的设计和分析，围绕六足仿生机器人的前沿技术，主要仿生对象为蚂蚁，主要实现机器人前后左右移动，具有良好的仿生特性，研究具有抗冲击性以及地形适应能力的仿生机设计技术，六足仿生机器人系统模型；研究六足机器人适应不同地形环境的能力。研制系统设计与仿真等核心单元。研制高速、高负载力、对典型非结构化地形具有高适应能力的六足仿生机器人，并开展系统结构、地形适应能力以及对抗控制实验验证。本次设计的预期要达到的效果是可以实现灵活进退和转向，跨越障碍物，通过洼地和台阶并且保持平衡防止倾翻，能够实现实时避障，合理规划行走路线。 1、技术方案 一、机器人功能介绍： a）可实现前进后退转弯等基本动作，加装传感器后对小障碍物越过、大障碍物绕开，具有遥控模式，可通过无线装置无线控制。 b）机器人机械机构： 舵机在仿生机器人中的应用：舵机有体积紧凑，便于安装，输出力矩大，稳定性好等优点。一个放上机器人，机器人各个关节都有一定的自由度数，而每个舵机正是实现其中一个个关节在一个自由度上的运动。
《电子技术Ⅱ课程设计》 报告 姓名 xxx 学号 院系自动控制与机械工程学院 班级 指导教师 2014 年 6 月18日
目录 1、目的和意义 (3) 2、任务和要求 (3) 3、基础性电路的Multisim仿真 (4) 3.1 半导体器件的Multisim仿真 (4) 3.11仿真 (4) 3.12结果分析 (4) 3.2单管共射放大电路的Multisim仿真 (5) 3.21理论计算 (7) 3.21仿真 (7) 3.23结果分析 (8) 3.3差分放大电路的Multisim仿真 (8) 3.31理论计算 (9) 3.32仿真 (9) 3.33结果分析 (9) 3.4两级反馈放大电路的Multisim仿真 (9) 3.41理论分析 (11) 3.42仿真 (12) 3.5集成运算放大电路的Multisim仿真（积分电路） (12) 3.51理论分析 (13) 3.52仿真 (14) 3.6波形发生电路的Multisim仿真（三角波与方波发生器） (14) 3.61理论分析 (14) 3.62仿真 (14) 4.无源滤波器的设计 (14) 5.总结 (18) 6.参考文献 (19)
一、目的和意义 该课程设计是在完成《电子技术2》的理论教学之后安排的一个实践教学环节.课程设计的目的是让学生掌握电子电路计算机辅助分析与设计的基本知识和基本方法，培养学生的综合知识应用能力和实践能力，为今后从事本专业相关工程技术工作打下基础。这一环节有利于培养学生分析问题，解决问题的能力，提高学生全局考虑问题、应用课程知识的能力，对培养和造就应用型工程技术人才将能起到较大的促进作用。 二、任务和要求 本次课程设计的任务是在教师的指导下，学习Multisim仿真软件的使用方法，分析和设计完成电路的设计和仿真。完成该次课程设计后，学生应该达到以下要求： 1、巩固和加深对《电子技术2》课程知识的理解； 2、会根据课题需要选学参考书籍、查阅手册和文献资料； 3、掌握仿真软件Multisim的使用方法； 4、掌握简单模拟电路的设计、仿真方法； 5、按课程设计任务书的要求撰写课程设计报告，课程设计报告能正确反映设计和仿真结果。
摘要 六足机器人有强大的运动能力，采用类似生物的爬行机构进行运动，自动化程度高，可以提供给运动学、仿生学原理研究提供有力的工具。本设计中六足机器人系统基于仿生学原理，采用六足昆虫的机械结构，通过控制18个舵机，采用三角步态和定点转弯等步态，实现六足机器人的姿态控制。系统使用 RF24L01射频模块进行遥控。为提高响应速度和动作连贯性，六足机器人的驱动芯片采用ARM Cortex M4芯片，基于μC/OS-II操作系统，遥控器部分采用ARM9处理器S3C2440，基于Linux系统。通过建立六足机器人的运动模型，运用正运动学和逆运动学对机器人进行分析，验证机器人步态的可靠性。 关键字：六足机器人，Linux，ARM，NRF24L01，运动学 Abstract Bionic hexapod walking robot has a strong ability of movement, the use of similar creatures crawling mechanism movement, high degree of automation, can be provided to the kinematics, the principle of bionics research provides powerful tool. Six feet in the design of this robot system based on bionics principle, the mechanical structure of the six-legged insect, through 18 steering gear control, use the gait, such as triangle gait and turning point to control the position of six-legged robot. Remote control system use RF24L01 rf modules. In order to improve the response speed and motion consistency, six-legged robot driver chip USES the ARM architecture (M4 chip, based on mu C/OS - II operation system, remote control part adopts ARM9 processor S3C2440, based on Linux system. By establishing a six-legged robot motion model, using forward kinematics and inverse kinematics analysis of robot, verify the reliability of the robot gait. KEYWORD:Bionic hexapod walking robot;Linux,ARM,NRF24L01;Kinematics
仿真 1.1.1 共射极基本放大电路 按图7.1-1搭建共射极基本放大电路，选择电路菜单电路图选项（Circuit/Schematic Option ）中的显示/隐藏(Show/Hide)按钮，设置并显示元件的标号与数值等 。 １. 静态工作点分析 选择分析菜单中的直流工作点分析选项（Analysis/DC Operating Point）（当然，也可以使用仪器库中的数字多用表直接测量）分析结果表明晶体管Ｑ１工作在放大状态。 ２. 动态分析 用仪器库的函数发生器为电路提供正弦输入信号Vi(幅值为5mV,频率为10kH)，用示波器观察到输入，输出波形。由波形图可观察到电路的输入，输出电压信号反相位关系。再一种直接测量电压放大倍数的简便方法是用仪器库中的数字多用表直接测得。 ３. 参数扫描分析 在图７.１－１所示的共射极基本放大电路中，偏置电阻Ｒ１的阻值大小直接决定了静态电流ＩＣ的大小，保持输入信号不变，改变Ｒ１的阻值，可以观察到输出电压波形的失
真情况。选择分析菜单中的参数扫描选项（Analysis/Parameter Sweep Analysis），在参数扫描设置对话框中将扫描元件设为Ｒ１，参数为电阻，扫描起始值为１００Ｋ，终值为９００Ｋ，扫描方式为线性，步长增量为４００Ｋ，输出节点５，扫描用于暂态分析。 ４. 频率响应分析 选择分析菜单中的交流频率分析项（Analysis/AC Frequency Analysis）在交流频率分析参数设置对话框中设定：扫描起始频率为１Hz，终止频率为１GHz，扫描形式为十进制，纵向刻度为线性，节点５做输出节点。 由图分析可得：当共射极基本放大电路输入信号电压ＶＩ为幅值５mV的变频电压时，电路输出中频电压幅值约为０.５Ｖ，中频电压放大倍数约为－１００倍，下限频率（Ｘ１）为１４.２２Hz，上限频率（Ｘ２）为２５.１２MHz，放大器的通频带约为２５.１２MHz。 由理论分析可得，上述共射极基本放大电路的输入电阻由晶体管的输入电阻rbe限定，输出电阻由集电极电阻Ｒ３限定。 1.１.２共集电极基本放大电路（射极输出器） 图７.１－７为一共集电极基本放大电路，用仪器库的函数发生器为电路提供正弦输入信号ＶＩ（幅值为１Ｖ，频率为10 kHz）采用与共射极基本放大电路相同的分析方法获得电路的静态工作点分析结果。用示波器测得电路的输出，输入电压波形，选用交流频率分析项分析出电路的频率响应曲线及相关参数。
第1章直流电路习题解答 1.1 在图1.1所示电路中，（1）选d 为参考点，求a V 、b V 和c V ；（2）选c 为参考点，求a V 、b V 和d V 。 图1.1 习题1.1电路图 解 （1） 当选d 为参考点时， V 3ad a ==u V V 112cd bc bd b =-=+==u u u V ；V 1cd c -==u V （2） 当选c 为参考点时， 4V 13dc ad a =+=+=u u V V 2bc b ==u V ；V 1dc d ==u V 1.2 求图1.2中各元件的功率，并指出每个元件起电源作用还是负载作用。 图1.2 习题1.2电路图 解 W 5.45.131=?=P （吸收） ； W 5.15.032=?=P （吸收） W 15353-=?-=P （产生）； W 5154=?=P （吸收）； W 4225=?=P （吸收） 元件1、2、4和5起负载作用，元件3起电源作用。
1.3 求图1.3中的电流I 、电压U 及电压源和电流源的功率。 图1.3 习题1.3电路图 解 A 2=I ； V 13335=+-=I I U 电流源功率：W 2621-=?-=U P （产生），即电流源产生功率6W 2。 电压源功率：W 632-=?-=I P （产生），即电压源产生功率W 6。 1.4 求图1.4电路中的电流1I 、2I 及3I 。 图1.4 习题1.4电路图 解 A 1231=-=I A 1322-=-=I 由1R 、2R 和3R 构成的闭合面求得：A 1223=+=I I 1.5 试求图1.5所示电路的ab U 。 图1.5 习题1.5电路图 解 V 8.139 66 518ab -=?++ +?-=U
模拟电子电路仿真 1.1 晶体管基本放大电路 共射极，共集电极和共基极三种组态的基本放大电路是模拟电子技术的基础，通过EWB 对其进行仿真分析，进一步熟悉三种电路在静态工作点，电压放大倍数，频率特性以及输入，输出电阻等方面各自的不同特点。 1.1.1 共射极基本放大电路 按图7.1-1搭建共射极基本放大电路，选择电路菜单电路图选项（Circuit/Schematic Option ）中的显示/隐藏(Show/Hide)按钮，设置并显示元件的标号与数值等 。 １.静态工作点分析 选择分析菜单中的直流工作点分析选项（Analysis/DC Operating Point）（当然，也可以使用仪器库中的数字多用表直接测量）分析结果表明晶体管Ｑ１工作在放大状态。 ２.动态分析 用仪器库的函数发生器为电路提供正弦输入信号Vi(幅值为5mV,频率为10kH)，用示波器观察到输入，输出波形。由波形图可观察到电路的输入，输出电压信号反相位关系。再一种直接测量电压放大倍数的简便方法是用仪器库中的数字多用表直接测得。 ３.参数扫描分析 在图７.１－１所示的共射极基本放大电路中，偏置电阻Ｒ１的阻值大小直接决定了静态电流ＩＣ的大小，保持输入信号不变，改变Ｒ１的阻值，可以观察到输出电压波形的失真情况。选择分析菜单中的参数扫描选项（Analysis/Parameter Sweep Analysis），在参数扫描设置对话框中将扫描元件设为Ｒ１，参数为电阻，扫描起始值为１００Ｋ，终值为９００Ｋ，扫描方式为线性，步长增量为４００Ｋ，输出节点５，扫描用于暂态分析。 ４.频率响应分析 选择分析菜单中的交流频率分析项（Analysis/AC Frequency Analysis）在交流频率分析参数设置对话框中设定：扫描起始频率为１Hz，终止频率为１GHz，扫描形式为十进制，纵向刻度为线性，节点５做输出节点。 由图分析可得：当共射极基本放大电路输入信号电压ＶＩ为幅值５mV的变频电压时，
编号：13 哈尔滨工业大学机电工程学院基于项目学习的机械创新设计大赛 结题报告书 项目名称：仿生六足机器人 项目负责人：闫振学号：1120830201 联系电话：电子邮箱： 院系及专业：机电工程学院飞行器制造工程 指导教师：李立青职称：高级工程师 联系电话：电子邮箱： 院系及专业：机电工程学院航空宇航制造工 程系
姓名性别专业方向班级学号本人签字 闫振男飞行器制造工程 王志强男飞行器制造工程 晏理邦男飞行器制造工程 赵京昊男飞行器制造工程 穆思宇男 飞行器制造工程 签 名： 年 月 日 哈尔滨工业大学机电工程学院制表填表日期：2014 年7月 20日 项目名称： 仿生六足机器人 一、课题组成员：（包括项目负责人、按顺序） 二、指导教师意见： 三、院评审委员会意见：
评审主任签名（或盖章 ）： 年 月 日 四、研究背景 1.研究现状 4.1国外研究现状 随着电子技术发展，计算机性能的提高，使多足步行机器人技术进入了基于计算机控制的发展阶段。其中有代表性的研究为 1993年,美国卡内基-梅隆大学开发出有缆的八足步行机器人 DANTE，图1所示,用于对南极的埃里伯斯火山进行了考察，其结构由2个独立的框架构成。这一阶段研究的重点在于机器人的运动机构的设计、机器人的步态生成与规划及传统的控制方法在机器人 行走运动控制过程的应用。1983年，Odetics公司推出的六足机器人Odex1，图2所示，把六条腿均匀分布在一个圆形框架上，可方 便的实现全方位运动，而且能够通过对形体的重构改变机器人的 形状，是对传统的长方形框架六足步行机的挑战。麻省理工的 Raibert利用相对自由度数较少的简单腿部机构建造了一些机器 人，利用简单的控制，这些机器人能够实现走、跑、跳等动作， 实现主动平衡，如图3所示。1993年,美国卡内基-梅隆大学开发出有缆的八足步行机器人DANTE，图4所示,用于对南极的埃里伯斯火
基于Arduino的多功能六足仿生机器人 如今这个时代人们对地球的探索进行的越来越深入，探索的区域越来越不适合人类工作，因此探索方式由传统的人工探测改为较为先进的机器人探测。然而传统的轮式机器人已不能满足人类的需求，严重的受于地形限制，尤其是工作环境不稳定的废墟、丛林、山洞等特殊场合。因此仿生学引起普遍重视，仿生学机器人被大量生产制作。 我们此次设计采用仿生学原理，制作了这个仿生学六足机器人。六足仿生机器人就可以很好地克服普通轮式机器人的缺点，可以很好地适应各种工作环境不稳定的废墟、丛林、山洞等，使得其工作区域增大。 该仿生机器人以arduino作为主控，用24路舵机控制板控制18路舵机以实现机器人的平稳运行，用PS2无线手柄控制机器人运动。有关机器人运动方式，采用传统的三角步态。三角步态（或交替三角步态），是β =1/2 时的波形步态，运动时六条腿成两组三角形交替支撑迈步前进。“六足纲”昆虫（蟑螂、蚂蚁等）步行时，一般不是六足同时直线前进，而是将三对足分成两组，以三角形支架结构交替前行。身体左侧的前、后足及右侧的中足为一组，右侧的前、后足和左侧的中足为另一组，分别组成两个三角形支架。当一组三角形支架中所有的足同时提起时，另一组三角形支架的三只足原地不动，支撑身体，并以其中足为支点，前足胫节的肌肉收缩，拉动身体向前，后足胫节的肌肉收缩，将虫体往前推，因此身体略作以中足为支点的转动，同时虫体的重心落在一另一组“三角形支架”的三足上，然后再重复
前一组的动作，相互轮换周而复始。这种行走方式使昆虫可以随时随地停息下来，因为重心总是落在三角支架之内。这就是典型的三角步态行走法，其行走轨迹并非是直线，而是呈“之”字形的曲线前进。 采用ADXL335模块进行运动姿态步伐的检测，判断其运动中躯干是否平稳。超声波红外模块结合以实现大角度区域内完美避障，有PS2无线手柄控制，采用将人工控制与自主控制相结合的方式，确保其运动的稳定性。机器人上还有GSM通信模块，可以将其搭载的数据采集系统的数据实时传输回PC端，并在PC端进行数据分析。 本次设计创新点在于它所带的无线充电模块，使它还可以作为小型机站，前期搭载小型无人机进行工作，当运动至陆地机器人无法通