一款基于ARM的多自由度人形教育機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　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(jī)器人的軀體，同時作為運(yùn)動平衡的重心，良好的布局對機(jī)器人的運(yùn)動至關(guān)重要^[4]。

　　考慮到人形機(jī)器人的自重和動作力度，設(shè)計(jì)采用FUTABA系列產(chǎn)品中的S3050大力矩車用、船用競賽型金屬齒輪數(shù)字舵機(jī)，如圖3(b)所示。該舵機(jī)自重48.8克，尺寸小，在6V電壓下工作，能夠達(dá)到0.16秒/60度的轉(zhuǎn)速，力矩大小為6.5千克/厘米。

　　17個舵機(jī)按照前述的分組和人體關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)對稱排列布局，頭部1個舵機(jī)，左右胳膊各3個舵機(jī)，分別做為肩、肘、腕關(guān)節(jié)，左右腿各5個舵機(jī)，分別為髖關(guān)節(jié)的左右運(yùn)動1個、前后運(yùn)動1個、膝關(guān)節(jié)1個、踝關(guān)節(jié)前后運(yùn)動1個、左右運(yùn)動1個，其中2個肩關(guān)節(jié)舵機(jī)和2個髖關(guān)節(jié)的左右運(yùn)動的舵機(jī)，上下左右對稱緊湊安裝，作為身體的一部分，所有其他舵機(jī)使用鋁合金支撐固定成緊湊的人形結(jié)構(gòu)^[5]。

　　3 軟件設(shè)計(jì)

　　軟件設(shè)計(jì)主要包含軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)、程序流程設(shè)計(jì)和驅(qū)動控制函數(shù)的設(shè)計(jì)。

　　3.1 軟件架構(gòu)

　　該人形機(jī)器人控制系統(tǒng)原理是：當(dāng)機(jī)器人控制器接收到遙控器發(fā)出的指令后，ARM處理器根據(jù)指令要求，將要執(zhí)行的動作參數(shù)分解成一系列寬度不等的PWM信號，并通過驅(qū)動電路輸出到舵機(jī)接口，外部舵機(jī)根據(jù)占空比不同的PWM信號轉(zhuǎn)動相應(yīng)的角度，多個舵機(jī)不同的轉(zhuǎn)動角度構(gòu)成了不同的機(jī)器人瞬時動作，多個動作連貫執(zhí)行就完成與外部命令相應(yīng)的響應(yīng)動作。軟件架構(gòu)如圖4所示。本文主要對關(guān)鍵驅(qū)動函數(shù)進(jìn)行說明。

　　3.2 舵機(jī)驅(qū)動程序設(shè)計(jì)

　　驅(qū)動脈沖與舵機(jī)轉(zhuǎn)動角度如表1所示，不同的高電平時間對應(yīng)著舵機(jī)不同的輸出位置。因此可以使用LPC2114內(nèi)部定時器模擬出17路以20ms為周期、高電平寬度與位置時序?qū)?yīng)的PWM波形，來分別驅(qū)動控制17個舵機(jī)轉(zhuǎn)動的角度，配合完成機(jī)器人的相關(guān)動作^[6]。