黄河、张良：6自由度小型双足机器人实体设计与实现详解

本文是一篇关于小型双足机器人实体设计与实现的研究论文，由黄河、张良、孟祥和朱艾春四位作者来自中国矿业大学信息与电气工程学院。研究的核心是设计并构建一个具有6个自由度的双足机器人，这种机器人具有高度的灵活性，可以应用于舞蹈表演，尤其适合在复杂环境中执行任务。 论文详细探讨了小型双足机器人的系统设计与实现方法。首先，作者强调了系统设计的三部分划分：机械实体部分、硬件电路部分和软件程序部分。这三个部分需要协同工作，既要满足整体性能的要求，又需要独立设计和测试，确保每个部分的功能都能无缝集成。 机械结构设计是关键，涉及到机器人腿部的结构设计和制作，以便实现双足行走和多种动态动作。动力源的选择和控制也至关重要，这里提到了舵机的选择，以及舵机的工作原理和多舵机分时控制策略，这是保证机器人精确运动的基础。 在硬件电路部分，作者重点介绍了上位机（用于高级控制）和下位机（负责执行命令的低级控制器）的配合。上位机软件不仅控制机器人关节的动作角度和速度，还进行实时单步调试。下位机通过接收上位机的指令，通过PWM波控制六个舵机的运动，确保机器人的精准响应。 制作阶段涉及实际制作机器人机械部件、电路板和功能模块，以及将这些组件组装起来。在编程调试阶段，作者详细描述了如何编写上位机的PC程序、下位机的单片机程序以及机器人独立运行的控制程序，确保每个动作脚本数据的准确记录。 最后，作者提到通过一系列的调试步骤，包括单步动作调试和全面功能测试，来验证机器人的性能。机器人能够在各种功能下正常运行，如前进、后退、翻滚和形态变换。整个设计与实现过程通过清晰的流程图（图1）进行了展示，而控制系统的结构则依赖于“上位机+串口+下位机”架构。 这篇论文深入探讨了小型双足机器人实体设计的关键技术和实现步骤，为机器人领域的研究者和工程师提供了有价值的参考，展示了如何将理论与实践相结合，以打造出高效能且适应复杂环境的机器人系统。