一款基于ARM的多自由度人形教育機器人控制系統(tǒng)的設計

　　最后將控制器與7.2V電芯并列裝配到鋁合金外殼中，作為機器人的軀體，同時作為運動平衡的重心，良好的布局對機器人的運動至關重要^[4]。

　　考慮到人形機器人的自重和動作力度，設計采用FUTABA系列產品中的S3050大力矩車用、船用競賽型金屬齒輪數字舵機，如圖3(b)所示。該舵機自重48.8克，尺寸小，在6V電壓下工作，能夠達到0.16秒/60度的轉速，力矩大小為6.5千克/厘米。

　　17個舵機按照前述的分組和人體關節(jié)結構對稱排列布局，頭部1個舵機，左右胳膊各3個舵機，分別做為肩、肘、腕關節(jié)，左右腿各5個舵機，分別為髖關節(jié)的左右運動1個、前后運動1個、膝關節(jié)1個、踝關節(jié)前后運動1個、左右運動1個，其中2個肩關節(jié)舵機和2個髖關節(jié)的左右運動的舵機，上下左右對稱緊湊安裝，作為身體的一部分，所有其他舵機使用鋁合金支撐固定成緊湊的人形結構^[5]。

　　3 軟件設計

　　軟件設計主要包含軟件架構設計、程序流程設計和驅動控制函數的設計。

　　3.1 軟件架構

　　該人形機器人控制系統(tǒng)原理是：當機器人控制器接收到遙控器發(fā)出的指令后，ARM處理器根據指令要求，將要執(zhí)行的動作參數分解成一系列寬度不等的PWM信號，并通過驅動電路輸出到舵機接口，外部舵機根據占空比不同的PWM信號轉動相應的角度，多個舵機不同的轉動角度構成了不同的機器人瞬時動作，多個動作連貫執(zhí)行就完成與外部命令相應的響應動作。軟件架構如圖4所示。本文主要對關鍵驅動函數進行說明。

　　3.2 舵機驅動程序設計

　　驅動脈沖與舵機轉動角度如表1所示，不同的高電平時間對應著舵機不同的輸出位置。因此可以使用LPC2114內部定時器模擬出17路以20ms為周期、高電平寬度與位置時序對應的PWM波形，來分別驅動控制17個舵機轉動的角度，配合完成機器人的相關動作^[6]。