基于STM32的双足机器人控制系统设计与实现

• Electronic Technology

基于STM32的双足机器人控制系统设计与实现

文/张冬冬

2V~3.6V，可以输出多路PWM方波，能够支本设计是一款基于STM32F103持多串口同时通信，体积小巧，重量轻；能够摘 单片机的双足机器人，其结构简较好满足要求。 要单，行走灵活;并用姿态传感器MPU6050实时采集机器人的运动状2.2 数字舵机LD-220MG

态，不断对其姿态和行走路径进行修正，增强双足机器人的稳定数字舵机LD-220MG主要由马达、控制性;利用姿态传感器监测机器人电路、减速齿轮等组成；相比于传统舵机具有运动状态实现防跌倒和自稳定。响应速度快、控制精度高、线性度好等优势；同时该舵机扭矩较大，能够为双足机器人运动提供充足的动力。舵机的控制信号是脉冲位置【关键词】双足机器人 姿态传感器 舵机 姿调制(PWM)信号，周期为20ms，通过改变方态修正 测距

波的脉冲宽度，使舵机转轴的角度发生变化。2.3 姿态传感器MPU6050

机器人是集众多高新领域于一身的高技MPU6050整合了3轴陀螺仪和3轴加术产物，由于技术的不断成熟，机器人的应用速度传感器，自带数字运动处理器（DMP: 领域更加广泛，发挥越来越重要的作用。本文Digital Motion Processor）硬件加速引擎，通过采用STM32单片机作为核心处理器，为姿态IIC接口，输出姿态数据，非常方便的实现姿传感器MPU050、舵机及超声波测距传感器提态解算。

供良好的控制平台。

2.4 超声波测距传感器

1 系统总体设计

HC-SR04超声波测距模块测距范围2cm-该款机器人各关节的运动均由舵机实现，400cm，测距精度3mm；模块包括超声波发射按照舵机所处位置将舵机分为四组，分别对应器、接收器与控制电路。主控制器向模块发出机器人的四肢，便于后期编程和调试。上位机触发信号，模块内部将发出周期电平且接收器通过无线串口向机器人主控制器发出指令，主检测回波；根据接收回波的时间间隔，可以得控制器判断指令后控制对应舵机协调转动实现出：距离=接收间隔时间*声速（340M/S）机器人直行、转弯、后退等一系列动作。在机/2，从而实现测距。器人运动的同时，姿态传感器MPU6050实时2.5 供电模块

收集机器人的姿态数据并反馈到主控制器，主控制器对反馈回来的数据经过解算得到机器人机器人供电由一块7.4V大容量锂电池提的俯仰角、横滚角、航向角；根据三个姿态角供，但由于主控制芯片，舵机，传感器等器件的大小判明机器人运动的方向和姿态，对机器工作电压不尽相同，所以需要对锂电池进行降人运动路线进行修正和姿态的调节；并通过无压。利用MP1584降压芯片对锂电池进行降压线串口将信息发送到上位机，使操作人员及时然后其他元器件供电。该降压芯片通过手动调了解运动状态，从而增强运动的稳定性；当前节可调电位器便可以调节输出电压，输出电压方有障碍物时，超声波传感器测出障碍物的距范围大，操作简单。

离，当距离超过预设的安全距离时，机器人将2.6 E50-TTL-500无线通信模块

执行避障程序，绕开障碍物，确保能够继续运行。

该模块是一款直插型无线串口模块（UART），收发一体，半双工，透明传输方式，2 硬件组成及功用

兼容3.3V与5V的IO口电压，适用性强；发射功率大，传输距离远。同时，该模块的数据系统的硬件部分主要由动力系统，控制压缩功能和纠错算法，使其具有较强的抗干扰模块，传感器模块，通信模块，电源模块等组能力和较高传输效率。

成。具体如下：2.1 主控制器

3 软件设计

控制系统采用STM32F103C8T6芯片机器人控制系统在软件方面的设计主要核心板作为主控制器。该芯片是一款基于有舵机组动作程序，主程序，测距程序，姿态ARM Cortex-M内核STM32系列的32位的调节及路线修正程序。程序流程如图1所示。

微控制器，运行频率高达72MHZ，工作电压

4 结束语

84 •电子技术与软件工程󰀡󰀡Electronic Technology & Software Engineering

图1：程序流程图

本设计能够通过无线串口远距离发送指令控制机器人；搭载精度较高的姿态传感器，在一定范围内能够自主调节机器人的姿态，保持平衡，降低跌倒风险，提高行走的稳定性，拓宽活动范围。同时，该款机器人拥有十二个自由度，运动较为灵活，亦可以将其改装成舞蹈机器人用于科普实验。

参考文献

[1]阮晓钢等.双足行走机器人发展现状及展

望[J].机械工程师,2007(02).

[2]宋怡雯,郭鹏.基于STM32的双足机

器人运动控制系统设计[J].煤矿机电,2013(10).

[3]李佳怡.双足竞步机器人控制系统设计与

实现[J].数字技术与应用,2018(06).

作者简介

张冬冬（1996-），男，河南省驻马店市人。大学本科学历。机械工程专业。

作者单位

陆军航空兵学院 北京市 101100