六足爬行机器人设计(2)

机器人的作业能力是机器人的存活能力、运动能力、感知能力、通信能力和人 机交互有机结合的体现,它主要包括以下几个方面：

? 勘探 ? 搜寻 ? 救助

1.5 灾难搜救机器人发展方向

1、多种技术融合化

2、多智能体网络化

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2 机械结构与芯片简介

2.1智能机器人机械结构

图 2.1 是本文设计智能爬行搜救机器人的三维结构示意图。 其中 2 4 6 分别为转动、竖

直、水平驱动舵机，只要控制这三个舵机就可以控制上板和下板相对上下、前后、水平 面转动。

1—上板

2—转动舵机

3—竖直移动排齿

4—竖直移动舵机和齿轮

5—水平移动排齿

6—水平移动舵机和齿轮

7—下板

8—上板足

9—下板足

10—水平定位齿轮

图2.1 机器人机构图

2.2智能 机器人运动原理

机器人6只足分别均分布在两个等边三角形的顶点上[4]。机器人在行走过程中，

两组足交替支撑。两组足中的任一组三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组三足的三角形区域内，因此在平面爬行中没有倾覆的危险。

图 2.2 机器人组合图

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如图

即上下板前后相互交替着地实现前后运动；上下板以三角形中点为轴相互转动交替着

地实现转弯运动。运动如图2.3及2.4所示。

1.3所示，通过上下两组脚的相互运动就可以满足机器人多方位移动的需要：

图2.3 机器人水平移动示意图

图2.4 机器人转动运动示意图

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2.3 驱动装置选择

本文设计智能爬行搜救机器人采用了三个个舵机分别对直线驱动器、转角驱动

器以及垂直驱动器来进行精确控制。舵机是一种位置伺服的驱动器[5]。它接收一定的

控制信号,输出一定的角度,适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。舵

机定位精确、输出力矩较大、尺寸满足要求，作为本设计的力驱动部件十分理想。

以日本FUTABA-S3003型舵机为例,图2.5是FUTABA-S3003 型舵机的内部电路。

图2.5 FUTABA-S3003 型舵机的内部电路

舵机的工作原理是：WM信号由接收通道进入信号解调电路BA6688L的12脚进行解

调，获得一个直流偏置电压。该直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差由

BA6688的3脚输出。该输出送入电机驱动集成电路BAL6686，以驱动电机正反转。当电

机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器Rw1旋转，直到电压差为0，电机停止转

动.舵机的控制信号是PWM信号，利用占空比的变化改变舵机的位置。

标准的舵机有3条导线，分别是：电源线、地线、控制线，如图2.6所示。电源线

和地线用于提供舵机内部的直流电机和控制线路

所需的能源，电压通常介于4～6 V ，一般取5 V，

以便给舵机供电的电源应能提供足够的功率[6]。

控制线的输入是一个宽度可调的周期性方波脉冲

信号，方波脉冲信号的周期为20ms（即频率为

50Hz)。当方波的脉冲宽度改变时，舵机转轴的角

度发生改变，角度变化与脉冲宽度的变化成正比。

某型舵机的输出轴转角与输入信号的脉冲宽度之

间的关系如图2.7所示。

图2.6 标准舵机示意图

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图2.7 舵机的输出轴转角与输入信号的脉冲宽度之间的关系

综合各方面考虑，选用的舵机为TOWERPRO，型号为SG90。其主要技术参数如下：

外形尺寸：22*11.5*27mm

重 量：9g

参 数：无负载速度0.12/60度(4.8V)

堵转扭矩：1.6Kg/厘米(4.8V)

使用温度: -30摄氏度+60摄氏度

使用电压：4-6V 死区电压: 3.0V-5.0V

图2.8

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