一种双足搬运机器人的设计

燕居怀 王文强 崔雪梅 狄乐蒙

摘要 双足搬运机器人因其高度拟人性及灵活性可广泛应用于儿童玩具、特殊作业及家庭服务等多个场景。本项目完成了一种双足搬运机器人的结构设计及程序开发。使用Arduino UNO作为控制板，使用舵机作为机器人的执行机构，通过编程来协调控制各舵机的协作，达到协调控制双腿的步态运动方式的效果。

【关键词】双足机器人 大舵机 Arduino UNO

1 前言

近年来双足机器人已经引起世界各国机器人专家的重视。双足搬运机器人属于类人机器人的一种，体积较小，拥有避障能力，活动盲区小，环境适应能力強。其主要特点为下肢关节模仿人体腿部的结构，以电机驱动代替肌肉，模仿髋关节、膝关节及踝关节，采用刚性构建连接。双足搬运机器人的难点在于动力不足及稳定性不高，市面上多采用加大底座的方式提高稳定性，但这种方式严重影响了机器人的灵活性。

2 双足搬运机器人的设计

本项目创新采用大舵机控制，增强了机器人的动力及稳定性，同时如图1所示，脚踝处舵机采用纵向安装的方式，增加了机器人的自由度，符合人体工程学特征，整体采用堆叠式安装方式，提高了机器人的稳定性。平台顶部装有机械壁，采用自动抓放控制，可实现简单的物品拿取及放置，操作简单，运用灵活。

本项目设计的机器人能通过多种传感器来感知环境，其中主要使用的是一种近红外传感器数字量传感器，它可以利用红外线的物理性质来进行测量，检测传感器前方是否有物体存在，当前方有物体并且在红外线反射范围之内时，传感器会接收到反射的红外线，经电路调整后输出口会输出低电平;相反在未检测到传感器前方有物体时，传感器输出口会输出一个高电平，利用多个传感器协同工作，主控芯片可根据不同传感器输出的电平高低结合测量得到的各个舵机赋值进行逻辑计算并根据程序给出相应的动作指令。实现机器人的闭环控制解决了双足步行的关键技术。传感器的控制原理图如图2所示。

本项目中的程序使用开源电子平台的Arduino IDE软件编写。控制流程如图3所示。机器人上电后，进行初始化监测，完成后启动机械臂夹取子程序，等待近红外传感器被触发即确定获得物品成功，近红外传感器触发后，机器人由直立状态转为行进状态，右腿迈出第一步，完成后左腿跟进，之后左右腿之间进行循环迈步，实现拟人行走，直到检测位置的近红外传感器检测到终点后被触发，机器人即停下并调用机械臂放置物品。

3 结语

本项目利用Arduino UNO作为控制板设计了一种多传感器拟人化双足行进的机器人，该机器人具有结构简单，稳定性强，编程简单，方便完善等特点。

参考文献

[1]祁乐，闫继宏，朱延河等.小型双足步行机器人的研制[J]，机械工程师，2006 （11）.

[2]刘莉，汪劲松等.THBIP-I拟人机器人研究进展[J].机器人，2002 （05）：263.