论文总字数：15076字

摘 要

当今社会，人类面临越来越多的特殊工作环境，例如宇宙探测，海洋开发，救灾等。在这种情况下多功能移动机器人得到了广泛的应用。

本文在分析和学习以往移动机器人工作特点的基础上，结合实际的研究对象，然后设计出符合本设计的整体方案。本文的研究内容如下：首先给出了系统的整体设计方案，接着设计出系统的硬件结构，系统控制模块选择MC9S12DGl28单片机实现对其余模块的控制，其中，路径信息获取模块用于获取路面信息。其次设计并开发了系统的软件部分，使用程序控制12个舵机的运动以实现机器人的前进、后退、转弯等动作。

关键词：移动机器人；摄像头；MC9S12DG128B；舵机

Multi-function walking robot -- control system design

Abstract

In today"s society, human beings are facing more and more special working environments, such as space exploration, ocean development, and disaster relief. In this case, the multifunctional mobile robot has been widely used.

Based on the analysis and learning of the working characteristics of mobile robots in the past, this paper combines the actual research objects and then designs the overall scheme in line with this design. The research contents of this paper are as follows: Firstly, the overall design scheme of the system is given. Then the hardware structure of the system is designed. The system control module selects the MC9S12DGl28 single-chip microcomputer to realize the control of the remaining modules. The path information acquisition module is used to obtain the road surface information. Secondly, the software part of the system was designed and developed. The program was used to control the movement of 12 servos to realize the forward, backward and cornering of the robot.

Keywords：Mobile Robot；Camera；MC9S12DG128B；servo

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 移动机器人的研究现状 1

1.3 本文的主要内容 2

第二章 系统总体设计 3

2.1 系统的总体设计 3

2.2 硬件系统基本方案论证 4

2.1.1 图像采集模块 4

2.2.2 执行模块 4

2.2.3 串口通讯模块 4

2.3 软件系统结构的设计 5

第三章 系统硬件电路设计 6

3.1 硬件系统整体介绍 6

3.2 微控制器模块 6

3.2.1 MC9S12DGl28单片机简介 6

3.2.2 单片机内部资源 7

3.3 电源管理模块 8

3.3.1 5V供电电路 8

3.3.2 6V供电电路 9

3.3.3 12V供电电路 9

3.4 舵机模块 10

3.4.1 舵机简介 10

3.4.2 舵机控制 11

3.5 人机界面模块 13

3.5.1 键盘电路设计 13

3.5.2 LED显示模块 13

3.6 串口通信模块 14

3.7 路径识别模块 14

3.7.1 摄像头的采样机制 15

3.7.2 摄像头的选取 15

3.7.3 信号提取 16

3.7.4 摄像头的安装 17

第四章 系统软件设计 19

4.1 步态分析 19

4.2 机器人的整体运动 19

4.3 程序设计 21

4.3.1 机器人腿的运动过程 21

4.3.2 程序说明 21

第五章 总结 23

致 谢 24

参考文献 25

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

在自然界中，总有一些场合和地方，人类不能直接进入，例如一些行星、古墓、抗震救灾以及坍塌的矿山，这就需要智能机器人来代替人类进入现场，帮助人类完成一些任务。这些地方有一些共同的特点，就是地形复杂而且内部环境未知。为了让人类更好的对这些场所进行探索和研究，需要借助科学的手段来实现。在不平坦的地面上，普通的轮式和履带式的机器人难以高效的工作。因为通过大量的研究表明，轮式机器人较为适应的地面较为平坦的工作场所，在平坦的地方可以对其进行有效的控制，但是在崎岖的地面行进时，它的功耗会随之增加。同时如果行走在相对较软的地面，车轮容易受损，从而降低它的工作效率。为了解决普通轮式机器人在崎岖地面以及柔软地面场所工作效率不高的问题，履带式机器人应运而生。但是跟上述两种机器人相比，在崎岖的地形上步行机器人的工作效率更为高效。因此，研究多条腿的步行机器人对于机器人领域的发展具有重要的意义。

1.2 移动机器人的研究现状

对于多条腿机器人的研究，最早可以追溯到三国时期的木牛流马，它是此类机器人最早的雏形。还有1893年外国专家Rygg研制的机械马。国内外研究学者对于多足仿生机器人的研究大都是针对四足、六足、八足上面，这些研究不断受到更多学者的关注。

自美国诞生世界上第一台工业机器人以来，机器人技术飞速发展，应用领域日益扩大，呈现出多样化和智能化的发展趋势。目前，美国、日本和德国在多足仿生机器人样机领域的研究成果比较突出。

早在1913年，美国人Bechtolsheim设计了一台四足机器人。

在1990-1995年，这几年的时间美国的一些公司和研究所进行了仿生机器人的研究。代表性的有：（1）美国NASA开发出一种体型很小的机器人，外形跟蜘蛛非常相似。（2）罗克威尔与Is机器人公司合作，共同开发出一种两栖的机器人ALUV，既可以工作在陆地，也可工作在水中，外形跟螃蟹相似，主要用于对付岸边的水雷。

日本对于多足仿生机器人的研究起步虽然较晚，但是在研制出的机器人功能也很强大。在2003年，才开始QuadlatorII机器人的开发。随后在2005年，大阪大学的研究人员开发出一种手脚统一步行机器人ASTERISdl411151。在接下来的一年，千叶大学的相关团队开发出一种名叫哈卢克二号Halluc II的机器人，这种机器人具有八只脚，是一种仿硬壳节肢动物设计的，主要用于完成搜救任务。

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