一款基于A(yíng)RM的多自由度人形教育機器人控制系統的設計

　　最后將控制器與7.2V電芯并列裝配到鋁合金外殼中，作為機器人的軀體，同時(shí)作為運動(dòng)平衡的重心，良好的布局對機器人的運動(dòng)至關(guān)重要^[4]。

　　考慮到人形機器人的自重和動(dòng)作力度，設計采用FUTABA系列產(chǎn)品中的S3050大力矩車(chē)用、船用競賽型金屬齒輪數字舵機，如圖3(b)所示。該舵機自重48.8克，尺寸小，在6V電壓下工作，能夠達到0.16秒/60度的轉速，力矩大小為6.5千克/厘米。

　　17個(gè)舵機按照前述的分組和人體關(guān)節結構對稱(chēng)排列布局，頭部1個(gè)舵機，左右胳膊各3個(gè)舵機，分別做為肩、肘、腕關(guān)節，左右腿各5個(gè)舵機，分別為髖關(guān)節的左右運動(dòng)1個(gè)、前后運動(dòng)1個(gè)、膝關(guān)節1個(gè)、踝關(guān)節前后運動(dòng)1個(gè)、左右運動(dòng)1個(gè)，其中2個(gè)肩關(guān)節舵機和2個(gè)髖關(guān)節的左右運動(dòng)的舵機，上下左右對稱(chēng)緊湊安裝，作為身體的一部分，所有其他舵機使用鋁合金支撐固定成緊湊的人形結構^[5]。

　　3 軟件設計

　　軟件設計主要包含軟件架構設計、程序流程設計和驅動(dòng)控制函數的設計。

　　3.1 軟件架構

　　該人形機器人控制系統原理是：當機器人控制器接收到遙控器發(fā)出的指令后，ARM處理器根據指令要求，將要執行的動(dòng)作參數分解成一系列寬度不等的PWM信號，并通過(guò)驅動(dòng)電路輸出到舵機接口，外部舵機根據占空比不同的PWM信號轉動(dòng)相應的角度，多個(gè)舵機不同的轉動(dòng)角度構成了不同的機器人瞬時(shí)動(dòng)作，多個(gè)動(dòng)作連貫執行就完成與外部命令相應的響應動(dòng)作。軟件架構如圖4所示。本文主要對關(guān)鍵驅動(dòng)函數進(jìn)行說(shuō)明。

　　3.2 舵機驅動(dòng)程序設計

　　驅動(dòng)脈沖與舵機轉動(dòng)角度如表1所示，不同的高電平時(shí)間對應著(zhù)舵機不同的輸出位置。因此可以使用LPC2114內部定時(shí)器模擬出17路以20ms為周期、高電平寬度與位置時(shí)序對應的PWM波形，來(lái)分別驅動(dòng)控制17個(gè)舵機轉動(dòng)的角度，配合完成機器人的相關(guān)動(dòng)作^[6]。