周真友　陈彬　王琰琳　杨钊

【摘 要】本项目从仿生角度考虑，通过机械结构的设计、数学模型的建立和分析，建立一种机构合理、自由度较少的四足仿生机械机构代替目前复杂控制模式的多自由度的腿部结构。此机构运动轨迹和动物运动轨迹相似，能够正常跨越障碍，具有很流畅的协调性。并在此基础上可增添智能系统，增加其应用范围。

【关键词】单片机；机械结构；传感器；仿生设计

中图分类号：TP24 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）08-0063-002

0 引言

机器人有很多种，家庭机器人，军事机器人，农业机器人等等，这里设计的产品就是主要应用于救援，到达人类不能到达得地方，并采集数据，其运动简单，而且能负重产品比较新颖。由于其机械连杆结构，自由度比较少，所以结构稳定，能耗比较少。

1 结构设计

本机构主要基于机械连杆机构控制关节的运动和行走，电机带动主动轴转动，主动轴通过偏心轮带动从动轮转动，从动轮通过机械连杆机构带动前3、4脚向前运动，当3、4脚落地带动1、2脚向前运动。如此往复如图1所示。

此机器人主体是一个躯体和四个脚，提供动力部分是电机，其腿部分是基节为主体。基节连接着躯体平台，其中各个关节都是通过轴连接，电机驱动主动轴旋转，主动轴带着机械连杆机构通过轴运动，使得脚1和脚3一起向前运动然后带动脚2脚4也向前运动，每次运动都会有两个支撑脚和地面相接触。其主要材料是PVC，所以材质轻、容易拆装。若系统需要强动力性和结构稳定性，可改装为钢板等其它材质。

1-4：仿生机械狗四足结构；5：电机；6：控制平台

2 系统硬件设计

本系统的控制芯片是51单片机，具有很好的嵌入性，体积也很小。系统主要以传感器和输入按键作为输入部分，输出部分包括电机、显示屏。电源部分采用可充电的大容量电池来供电，能够提供足够的电压以及电流来驱动电机转动和系统运作，系统机械结构简单，便于携带。

2.1 最小系统设计

2.1.1 晶振电路设计

此晶振部分接在XTAL1和XTAL2引脚上，晶振的振荡器值为12MHZ，连接两个30PF的电容构成并联谐振电路如图2所示。

2.1.2 复位电路部分设计

其复位部分是由外部复位电路实现，接在单片机的RST引脚上，需要手动按下复位按键。采用可充电的电池来作为电源部分，提供动力。的如图3所示。

2.2 电机控制电路设计

这里采用的是直流电机，当单片机输出为1时，继电器得电。电机工作这里面得电源也是接可充电得电池。其中三极管是为了增加电机的启动电压。其输入端接在P1.0引脚，如图4所示。

电源部分本系统采用可充电的大容量电池来供电，能够提供足够的电压以及电流来驱动电机转动和系统运作。

2.3 传感器及显示电路设计

以单片机为核心，通过温度传感器DS18B20对当前温度的检测送到单片机进行处理与系统设定温度的比较，控制主电路双向晶闸管的导通与关斷，接在单片机的P3.7引脚上，如图5所示。

系统显示电路采用1602液晶屏进行显示，主要对温度数据进行显示，处理后的数据和设定阈值，均通过送单片机P0.0到P0.7口连接的显示电路以显示当前温度，如图6所示

3 程序设计

由于基本功能比较简单，系统应用了AT89C51类型的单片机，因为能耗低，操作简单易学，其基本功能也满足机器人的需求。本系统主要功能有：电机转动、温度检测、温度显示、等。主程序主要用来实现系统的整体逻辑，对各部分功能进行子程序的调用。子程序根据具体要实现的输入输出功能加以分类和对应程序编写。

3.1 主程序

系统主程序主要包括对温度检测、湿度检测、中断等子程序调用，并实现整体循环逻辑，以温度检测为例，如图7所示。

打开电源开关，系统进行初始化，并打开电机，检测是否需要打开温度传感器，然后进行数据处理进行显示，如此循环如图7所示。

3.2 子程序

当子程序检测到信号，调用子程序，首先进行初始化时序，然后发出读温度命令，读出数据，最后子程序返回。如图8所示。

4 结论

通过构建自由度少的机械结构来支撑整体框架，需要的驱动力较小，能够很平稳的进行行走。应用单片机加以控制，实现智能化，温度采集，后期可通过控制PID输出，改变驱动力的大小应对不同的情况，增加蓝牙模块，实现机器人和手机App互联，进行实时监控。增加其防撞功能。

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