极客工坊

 找回密码
 注册

QQ登录

只需一步,快速开始

查看: 2419|回复: 0

如何让6自由度双足机器人实现行走?

[复制链接]
发表于 2023-1-5 09:26:24 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 机器谱 于 2023-1-5 09:26 编辑

1. 运动功能说明
       该样机是一款拥有6自由度的串联型双足,相当于人形机器人的下半身。它可以实现抬腿、迈步、蹲下和起立、行走、翻跟头等等功能。

2. 结构说明
       该样机的每条腿由3个 舵机关节模组【https://www.robotway.com/h-col-121.html】构成。足部结构一般有两种设计方案,一种叫“狭窄足印”,比较常规如下图所示:


       还有一种叫“交叉足印”,也叫“工”形脚或“工”字脚。这种设计方案可以保证机器人行走时重心始终落在支撑零件上,能够降低控制难度,如右图所示:


3. 运动功能实现
       本文先以交叉足印样机为例进行说明。本样机的运动功能主要是依靠舵机的摆动配合实现的,我们可以参考人体结构,把两条腿上的三个舵机按从上到下的顺序,对应理解为只能前后摆动的髋关节、膝关节、踝关节(真实的生物关节类似于球铰,更加复杂)。我们需要参考人行走时三个关节的摆动角度关系,为双足机器人确定并调出对应的一系列舵机角度。

为了比较轻松地完成前进、后退动作,需要让腿抬得高一些,以避免迈步时工形脚干涉。

3.1 电子硬件
在这个示例中,采用了以下硬件,请大家参考:

主控板Basra(兼容Arduino Uno)
扩展板Bigfish2.1
电池7.4V锂电池

由于舵机比较多,为了完成控制,我们需要约定一下样机的前、后方向,并对舵机进行编号:

3.2 运动控制
上位机:Controller 1.0
下位机编程环境:Arduino 1.8.19
(1)初始位置的设定:使用Controller上位机对机器人进行调试,调试目标为使机器人保持直立状态,并且保持右脚的支撑臂在前。
①将Controller下位机程序servo_bigfish.ino直接下载到主控板。这段代码供Controller上位机与主控板通信,并允许调试舵机。代码如下:
  1. /*------------------------------------------------------------------------------------

  2.   版权说明:Copyright 2022 Robottime(Beijing) Technology Co., Ltd. All Rights Reserved.

  3.            Distributed under MIT license.See file LICENSE for detail or copy at

  4.            https://opensource.org/licenses/MIT

  5.            by 机器谱 2022-10-20 https://www.robotway.com/

  6.   ------------------------------

  7.   实验功能: 6自由度双足行走

  8.   -----------------------------------------------------

  9.   实验接线(从行走时朝前的方向看):

  10. 左侧髋:D4;右侧髋:D3;

  11. 左侧膝:D7;右侧膝:D5;

  12. 左侧踝:D11;右侧踝:D6

  13. ------------------------------------------------------------------------------------*/


  14. /*

  15. * Bigfish扩展板舵机口; 4, 7, 11, 3, 8, 12, 14, 15, 16, 17, 18, 19

  16. * 使用软件调节舵机时请拖拽对应序号的控制块

  17. */

  18. #include <Servo.h>


  19. #define ANGLE_VALUE_MIN 0

  20. #define ANGLE_VALUE_MAX 180

  21. #define PWM_VALUE_MIN 500

  22. #define PWM_VALUE_MAX 2500


  23. #define SERVO_NUM 12


  24. Servo myServo[SERVO_NUM];


  25. int data_array[2] = {0,0};   //servo_pin: data_array[0], servo_value: data_array[1];

  26. int servo_port[SERVO_NUM] = {4, 7, 11, 3, 8, 12, 14, 15, 16, 17, 18, 19};

  27. int servo_value[SERVO_NUM] = {};


  28. String data = "";


  29. boolean dataComplete = false;


  30. void setup() {

  31.   Serial.begin(9600);



  32. }


  33. void loop() {



  34.   while(Serial.available())

  35.   {

  36.     int B_flag, P_flag, T_flag;

  37.     data = Serial.readStringUntil('\n');

  38.     data.trim();

  39.     for(int i=0;i<data.length();i++)

  40.     {

  41.       //Serial.println(data[i]);

  42.       switch(data[i])

  43.       {

  44.         case '#':

  45.           B_flag = i;  

  46.         break;

  47.         case 'P':

  48.         {

  49.           String pin = "";

  50.           P_flag = i;

  51.           for(int i=B_flag+1;i<P_flag;i++)

  52.           {

  53.             pin+=data[i];

  54.           }

  55.           data_array[0] = pin.toInt();

  56.         }

  57.         break;

  58.         case 'T':

  59.         {

  60.           String angle = "";

  61.           T_flag = i;

  62.           for(int i=P_flag+1;i<T_flag;i++)

  63.           {

  64.             angle += data[i];

  65.           }

  66.           data_array[1] = angle.toInt();

  67.           servo_value[pin2index(data_array[0])] = data_array[1];

  68.         }

  69.         break;

  70.         default: break;

  71.       }     

  72.     }

  73.    

  74.     /*

  75.     Serial.println(B_flag);

  76.     Serial.println(P_flag);

  77.     Serial.println(T_flag);

  78.    

  79.     for(int i=0;i<2;i++)

  80.     {

  81.       Serial.println(data_array[i]);

  82.     }

  83.     */

  84.    

  85.     dataComplete = true;

  86.   }



  87.   if(dataComplete)

  88.   {

  89.     for(int i=0;i<SERVO_NUM;i++)

  90.     {

  91.       ServoGo(i, servo_value[i]);

  92.       /*********************************串口查看输出***********************************/

  93. //      Serial.print(servo_value[i]);

  94. //      Serial.print(" ");

  95.     }

  96. //    Serial.println();

  97.       /*********************************++++++++++++***********************************/


  98.     dataComplete = false;

  99.   }




  100. }


  101. void ServoStart(int which){

  102.   if(!myServo[which].attached() && (servo_value[which] != 0))myServo[which].attach(servo_port[which]);

  103.       else return;

  104.   pinMode(servo_port[which], OUTPUT);

  105. }


  106. void ServoStop(int which){

  107.   myServo[which].detach();

  108.   digitalWrite(servo_port[which],LOW);

  109. }


  110. void ServoGo(int which , int where){

  111.   ServoStart(which);

  112.   if(where >= ANGLE_VALUE_MIN && where <= ANGLE_VALUE_MAX)

  113.   {

  114.     myServo[which].write(where);

  115.   }

  116.   else if(where >= PWM_VALUE_MIN && where <= PWM_VALUE_MAX)

  117.   {

  118.     myServo[which].writeMicroseconds(where);

  119.   }

  120. }


  121. int pin2index(int _pin){

  122.   int index;

  123.   switch(_pin)

  124.   {

  125.     case 4: index = 0; break;

  126.     case 7: index = 1; break;

  127.     case 11: index = 2; break;

  128.     case 3: index = 3; break;

  129.     case 8: index = 4; break;

  130.     case 12: index = 5; break;

  131.     case 14: index = 6; break;

  132.     case 15: index = 7; break;

  133.     case 16: index = 8; break;

  134.     case 17: index = 9; break;

  135.     case 18: index = 10; break;

  136.     case 19: index = 11; break;

  137.   }

  138.   return index;

  139. }
复制代码

下载完成后,保持主控板和电脑的USB连接,以便利用上位机进行调试。

②双击打开Controller 1.0b.exe:


③界面左上角选择:设置-面板设置,弹出需要显示的调试块,可通过勾选隐藏不需要调试的舵机块:联机-选择主控板对应端口号以及波特率。






④拖动进度条,可以观察相应的舵机角度转动,直到样机姿态达到我们的预想目标。然后勾选左下角添加-转化,获得舵机调试的数组:



⑤该数组可直接复制到后面的行走程序中“各个舵机的初始位置”部分进行使用。

(2)编写并下载行走程序的代码(Biped_Robot.ino)到主控板:
  1. *------------------------------------------------------------------------------------

  2.   版权说明:Copyright 2022 Robottime(Beijing) Technology Co., Ltd. All Rights Reserved.

  3.            Distributed under MIT license.See file LICENSE for detail or copy at

  4.            https://opensource.org/licenses/MIT

  5.            by 机器谱 2022-10-20 https://www.robotway.com/

  6.   ------------------------------

  7.   实验功能: 6自由度双足行走

  8.   -----------------------------------------------------

  9.   实验接线(从行走时朝前的方向看):

  10. 左侧髋:D4;右侧髋:D3;

  11. 左侧膝:D7;右侧膝:D5;

  12. 左侧踝:D11;右侧踝:D6

  13. ------------------------------------------------------------------------------------*/


  14. #include <Servo.h>

  15. Servo myServo[6];

  16. int servo_port[6]={4,7,11,3,8,12};

  17. float servo_value[6] = {65, 60, 105, 60, 100, 80};//各个舵机的初始位置


  18. void setup()

  19. {

  20. for(int i=0; i<5; i++){

  21.     ServoGo(i, (int)servo_value[i]);

  22. }

  23. delay(2000);

  24. }


  25. void loop()

  26. {

  27. left_go();

  28. right_go();

  29. }


  30. void left_go()

  31. {

  32. for(int i=0; i<10; i++){

  33. servo_value[4] -= 10;

  34. servo_value[5] -= 6;

  35. for(int j=0; j<6; j++){

  36.     ServoGo(j, (int)servo_value[j]);

  37. }

  38.     delay(25);

  39. }


  40. for(int i=0; i<10; i++){

  41. servo_value[0] += 2.5;

  42. servo_value[2] -= 1;

  43. servo_value[3] += 2.5;

  44. servo_value[4] += 10;

  45. servo_value[5] += 4.5;

  46. for(int j=0; j<6; j++){

  47.     ServoGo(j, (int)servo_value[j]);

  48. }

  49.     delay(25);

  50. }

  51. }


  52. void right_go()

  53. {

  54. for(int i=0; i<10; i++){

  55. servo_value[1] += 10;

  56. servo_value[2] += 7.5;

  57. servo_value[5] += 0.5;

  58. for(int j=0; j<6; j++){

  59.     ServoGo(j, (int)servo_value[j]);

  60. }

  61.     delay(25);

  62. }


  63. for(int i=0; i<10; i++){

  64. servo_value[0] -= 2.5;

  65. servo_value[1] -= 10;

  66. servo_value[2] -= 6.5;

  67. servo_value[3] -= 2.5;

  68. servo_value[5] += 1;

  69. for(int j=0; j<6; j++){

  70.     ServoGo(j, (int)servo_value[j]);

  71. }

  72.     delay(25);

  73. }

  74. }


  75. void ServoStart(int which)

  76. {

  77.   if(!myServo[which].attached())myServo[which].attach(servo_port[which]);

  78.   pinMode(servo_port[which], OUTPUT);

  79. }



  80. void ServoStop(int which)

  81. {

  82.   myServo[which].detach();

  83.   digitalWrite(servo_port[which],LOW);

  84. }


  85. void ServoGo(int which , int where)

  86. {

  87.   if(where!=200)

  88.   {

  89.     if(where==201) ServoStop(which);

  90.     else

  91.     {

  92.       ServoStart(which);

  93.       myServo[which].write(where);

  94.     }

  95.   }  

  96. }


  97. void ServoMove(int which, int start, int finish, int t)

  98. {

  99. int a;

  100. if((start-finish)>0) a=-1;

  101. else a=1;

  102. for(int i=0;i<abs(start-finish);i++)  

  103. {ServoGo(which,start+i*a);delay(t/(abs(start-finish)));}

  104. }
复制代码

       将上个步骤记录的角度数据依次填入相应舵机的初始值,比如:float servo_value[6] = {90, 44, 46, 82, 115, 100};    //各个舵机的初始位置。为了减少重力的干扰,一般先把机器人调整成直立状态采值。采值后,需要注意的是舵机0、3的初始值应在上个步骤结果值基础上减去10,使其进入行走姿态。修改完成后便可以直接将程序下载到主控板,然后将主控板、电池安装到机器人最上面的平台(应以重心较低为标准),然后连接好舵机线,顺利的话现在机器人应该就可以正常行走了。但是由于舵机的内部结构问题,相应的角度输出可能会存在误差,这样的表现便是机器人的支撑臂会出现“打架”现象,这个问题的解决方法是修改程序中对应的参数调节系数,例如:servo_value[4] -= 11;

       可以修改参数“11”的大小,需要注意的是程序的整个循环特定的位置对应特定的值,因此在修改的时候程序后面相应舵机的输出系数也需要相应的改变,由此达到一个完满的循环。


4. 资料下载
​资料内容:
​①
6自由度双足-行走-例程源代码
​②6自由度双足-样机3D文件
Controller1.0b资料包

​资料下载地址:https://www.robotway.com/h-col-160.html





本帖子中包含更多资源

您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?注册

x
回复

使用道具 举报

您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则 需要先绑定手机号

Archiver|联系我们|极客工坊

GMT+8, 2024-3-28 20:48 , Processed in 0.047739 second(s), 18 queries .

Powered by Discuz! X3.4 Licensed

Copyright © 2001-2021, Tencent Cloud.

快速回复 返回顶部 返回列表