基于STM32的六足机器人控制系统设计
伍立春;王茂森;黄顺斌
【摘 要】基于仿生原理，以STM32F103VET6为核心的控制芯片构建硬件控制系统。利用无线遥控器使芯片的通用定时器产生18路PWM波控制机器人各个关节的运动，同时通过串口能在上位机实时显示GPS、超声波测距传感器、加速度计、陀螺仪的输出数据，该机器人能严格按三角步态行走，实现诸如直线、转弯、躲避障碍物等行走功能。实验结果表明，六足机器人的18个关节运动平稳，对复杂运动步态的控制精确，实现了在地面的稳定运动。%this paper describes the fabrication of a hexapod bionic robot which is control ed by STM32F103VET6 microprocessor and walks bad on bionic principle. In its control system bad on wireless remoter, 18-channel PWM wave generated by the timers STM32F103VE76, is ud to control robot’ s legs, and the USART of STM32F103VET6 is ud to display the output data of GPS, ul-trasonic nsor, accelerometer, gyroscope.This robot is provided with some abilities, such as linear walking, turning, avoiding barri-ers walking etc. The experiments show that free motion control of 18 joints is smooth, the smart成都火锅哪家好吃>社保新政策
er and smal er control system can be ud to control complex walking movement precily and its ground walking objective is atlained..
【期刊名称】《机械制造与自动化》
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【年(卷),期】2014(000)005
【总页数】5页(P150-153,161)
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【关键词】STM32F103VET6;六足机器人;无线遥控;控制系统
【作 者】伍立春;王茂森;黄顺斌
【作者单位】南京理工大学 机械工程学院，江苏 南京210016;南京理工大学 机械工程学院，江苏 南京210016;南京理工大学 机械工程学院，江苏 南京210016
【正文语种】中 文
【中图分类】TP242
0 引言
移动机器人的发展是一个重要的科研领域，移动机器人可分为车轮式移动机器人、履带式机器人及其仿生技术的运动机器人[1]。相对于轮式和履带式机器人来说，足式机器人对非结构环境的适应性更强，几乎可以在陆地上的任何地方行走。六足行走机器人是按照三角步态行走的，每三足为一组，其行走轨迹并非是直线，而是呈”之”字形的曲线前进[2]。设计六足仿生机器人，其三维模型如图1所示。每条腿都有3个关节，每个关节依靠伺服舵机驱动，整体共有18个关节，需要18个舵机才可以实现六足机器人的运动。
舵机是一种位置伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并能够保持的控制系统。能够在微机电系统和航模中作为基本的输出执行机构，其简单的控制和输出使得单片机系统很容易与之接口。鉴于舵机广泛的应用，文中设计了一种基于STM32F103VET6的机器人控制系统[3]，利用无线遥控收发器、超声波传感器、加速度计、陀螺仪、GPS实现六足机器人的几种基本动作和自主避障。西江千户苗寨攻略
图1 六足机器人的三维模型图
1 控制系统硬件电路
指纹类型
控制系统硬件电路主要有3部分组成:电源部分、主控部分和通信部分[4-5]。
班级发展规划
1.1 电源部分
电源部分负责给机器人控制系统的硬件和舵机供电。在舵机驱动过程中，为了避免电流波动影响机器人运动稳定性，将舵机驱动和控制系统分开供电。机器人使用的舵机型号是:EKS-05-08，每个舵机的工作电流是30 mA，18个舵机同时工作时需要0.6 A的电流，可以使用LM2575S-5产生5 V电压为舵机单独供电，电路如图2所示。STM32F103VET6控制系统需要为I/O引脚和内部调压器供电，可用AMS1117-3.3产生3.3V的稳压电源，电路如图3所示。加强组织建设
图2 机器人舵机电源电路
图3 控制系统电源电路
1.2 主控部分
主控部分对机器人进行集中控制，负责机器人驱动与上位机的通讯。
a)STM32F103VET6芯片
STM32F103是增强型系列高性能的Cortex-M3 32位的RISC内核，工作频率为72 MHz，内置高速存储器(高达512k字节的闪存和64k字节的SRAM)，具有增强I/O端口和联接到两条APB总线的外设。所有型号的器件都包含3个12位的ADC、4个通用16位定时器和2个PWM定时器，还包含标准和先进的通信接口:多达2个I2C接口、3个 SPI接口、2个 I2S接口、1个 SDIO接口、5个USART接口、一个USB接口和一个CAN接口。
b)无线遥控收发器
由于遥控器模块都有上述的现成产品，采用ASK调制方式、超再生、带解码、4路无线收发模块，遥控距离50～100 m(开阔地)。无线通信模块包括无线发射模块和无线接收模块两部分。发射器如图4所示，接收模块如图5所示。接收模块左从至右分别为:VT—解码有效指示输出脚、D0:D3—四个控制信号输出引脚、VCC—DC5V、GND—负极、地，根据发射端按键的不同，可以从D0到D3对应的引脚输出高电平，加载在微机对应的IO口，当单片机扫描到引脚电平变化时，可以对应做出运动控制。
c)超声波传感器
超声波传感器，主要用于六足机器人自主避障时对障碍物的检测。与红外传感器、微波雷达等测距传感器相比，超声波传感器指向性好，不易受电磁、光线、灰尘、被测对象颜色、烟雾等影响，而且超声避障实现方便，技术成熟，成本低，成为移动机器人常用的避障方法[6]。
图4 发射器
图5 接收器
采用HY-SRF05超声波测距模块(图6)，该模块包括超声波发射器、超声波接收器与控制电路三部分，可提供2 cm～450 cm的非接触式测距功能，误差不超过3 mm，感应角度不大于15°。5个引脚定义如下:VCC—5 V供电；GND—地线；TRIG—触发控制信号输入；ECHO—回响信号输出；OUT—开关量输出。工作时只需要定时器产生一个10 us以上高电平的脉冲触发信号给TRIG，该模块将通过超声波发射器发出8个40 kHz脉冲信号并由超声波接收器检测回波。超声波接收器一旦检测到回波信号就通过ECHO引脚输出脉冲宽度与障碍物距离成正比的回响信号，该回响信号被STM32F103VET6捕获、处理成障碍物距离信息。
