用单片机做仿人形机器人.docx

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用单片机做仿人形机器人

仿人形机器人散件清单

1.SL-SSC16伺服电机控制板1套

2.SM-V001高力矩伺服电机（舵机）14只

3.手脚臂连接塑料件2套

4.手脚关节连接塑料件2套

5.塑料直角件3只

6.塑料连接板5块

7.伺服电机铝夹板30x100mm2块

8.机器人脚鞋（自备）

9.人头及服装（自备）

10.人头泡沫塑料60x60x60mm（自备）1个

11.4节电池匣1只

12.充电器1只

13.5V2.5A直流电源1只

14.螺钉螺母3X32mm2付;3X14mm28付;配3mm螺母8只

15.2.5mm自攻螺钉4只

16.海棉双面胶带少些、双面胶带、单面透明胶带（自备）

17.SL-ROBOT机器人安装工艺资料1份

18.外包装匣1只

19.通讯电缆及光盘软件1套

图1SL-SSC16伺服电机控制板

图2SL-SSC16印板接线功能

图3SM-V001高力矩伺服电机（舵机）

图4电池匣

图5SL-ROBOT-2通用机器人塑料件

图6各种胶带

SL-ROBOT-2仿人形机器人的创新开发

在青少年中学习开发应用机器人是时代的需要,应适教育的需要,提高学生素质的好方法。

机器人可分为轮式机器人、仿生机器人、虚拟机器人及网络机器人,我们这里讲通用仿生机器人。

SL-ROBOT-2仿人形机器人（简称人形机器人）,是双龙电子开发的新产品,该机械结构解决了人形机器人的行走平衡控制,使人形机器人的复杂问题简单化。

SL-ROBOT-2可使用图形软件或流程度软件,只要你会操作电脑,你就能开发、设计、组装、调试人形机器人。

该机也可换成空白芯片ATmega16单片机,可使用汇编语言及多种高级语言编程仿真调试,开发通用智能人形机器人。

（一）机器人概述

仿生机器人是目前较高级的机器人。

尤其仿人形机器人要解决平衡问题,应该说难度更大,这就是一种新的挑战,也就是创新所在。

仿生机器人,即用机器来模仿一切有生命的生物的某些功能、运动、智能等,为人类所利用。

仿生机器人中我们另外分出仿人形机器人,即有手有脚机器人。

人是智能最高的生物,所以研究仿人形机器人是当今最高科技的综合。

仿生机器人又可分二足机器人、四足机器人、六足机器人、多足机器人、蛇形机器人、幼虫机器人、鱼形机器人等等。

二足机器人有鸟类、鸡、鸭、天鹅、企鹅、鸵鸟、丹顶鹤等等。

四足机器人品种也很多,有鼠、牛、虎、兔、龙、马、羊、猴、狗、猪、猫、象、狮、青蛙、龟、国宝熊猫等等。

六足机器人七星瓢虫、蟋蟀等。

多足机器人蟹、虾、蜈蚣、蜘蛛等等。

仿生机器人也可综合、拼装抽象出新的生物,运动会的吉祥物,计算机动画人物,童话电影创造的新生物,利用逆向思维、克隆技术创造新生物,设计成双头新动物如:

鼠猫和、狗鼠好、

马虎头、牛马对等等。

仿人形机器人行走又可分不需平衡控制的与需考虑平衡控制的两类。

不需考虑平衡控制的机器人如:

大脚机器人,交义脚机器人,其机器人运动重心始终在大脚上;需考虑平衡控制的仿人形机器人,就要考虑行走时重心的随时调正,使机器人重心始终在机器人脚上。

面向青少年的机器人开发应用,因考虑到技术与经济状况,我们仅定位在初级阶段,使复杂问题简单化,来解决机器人行走的平衡问题。

随着我国人民经济水准的提高及应用技术的普及,再研究智能更高的仿人形机器人。

机器人的开发应用普及与技术支持和经济条件有关。

日本的娱乐机器人要人民币160多万,新加坡的踢足球机器人要3-5万,如果我国开发的仿人机器人控制在3-5千,才能在我国青少年中推广普及。

我国普通高中教材《简易机器人》将于2004年秋季试点,2007年全国推广,又值2008年我国举办世界奥林匹克运动会,其中科技奥运也是我国奥运会的重要组成部分。

单片机技术是计算机技术的一个分支,是简易机器人的核心组件。

日常生活中的VCD机、DVD机、数字电视机、自动洗衣机、空调及其遥控器等设备都使用着各种各样的单片机,同时在工业控制、智能机器、智能武器、智能化仪表和仪器等领域,它也得到了广泛应用。

通过《简易机器人》的学习,学生应该知道单片机和机械传动的基本知识,能设计与制作由单片机和传动机械等组成的简易自动控制机器或简单的自动控制系统。

教学中要重视使用计算机技术提供的学习平台,突出简易机器人的实际应用,合理选择价格低廉、可多次编程的单片机型号和通俗易懂的单片机编程语言。

注意应用实例的典型性,着重系统和技术试验等技术思想方法在设计过程中的具体运用,力争达到举一反三的效果。

　我国各省市每年都有创新大赛和机器人大赛,世界上也有各种专业机器人赛事。

我国每年暑假举办全国青少年科技创新大赛,设有专门展区展示青少年机器人创意设计的优秀作品。

全国青少年科技创新大赛（ChinaAdolescentsScience&TechnologyInventionContest,简称CASTIC）是一项具有20年历史的全国性青少年科技创新和科学研究项目的科技比赛，是目前国内面向在校中小学生规模最大、层次最高的具有示范性和导向性的全国青少年科技教育活动之一，其根本宗旨在于推动青少年科技活动的蓬勃开展，培养青少年的创新精神和实践能力，提高青少年的科技素质，鼓励优秀人才的涌现。

全国青少年科技创新大赛是由中国科协、教育部、科技部、国家环境保护总局、国家体育总局、自然科学基金委员会、共青团中央、全国妇联和承办省（区、市）政府主办。

全国每年约有1500万青少年参加各级各类的青少年科技创新竞赛活动。

为培养青少年的实践能力和创新精神，把现代化的科学技术引入中小学青少年科技教育活动，激发广大青少年学习、探索、掌握和运用电子信息技术的兴趣，提高青少年的科学素质，大赛组委会开设专门展区展示青少年机器人创意设计的优秀作品。

优秀机器人创意设计作品由大赛组委会根据各地开展青少年机器人活动的情况，选择开展较好的地区选送优秀作品展示。

展示的机器人创意设计要有创新性和新颖性，要有良好的功能和完整的演示表演过程；应能够完成不同的动作，并有对设计模型的创意、功能和结构等简短介绍的文字说明。

（二）机器人开发的四大平台

我们围绕《简易机器人》教材与“全国青少年科技创新大赛”的要求,根据我国实际情况,机器人硬件控制平台决定采用AVR单片机及双龙电子的SL-DIY系列积木化单片机开发实验器。

1.机器人开发的硬件控制平台

双龙的SL-DIY系列积木化单片机开发实验器是AVR系列单片机的低价开发、学习工具（不需再购编程器、仿真器、擦抹器、芯片适配器等）。

SL-DIY系列积木化单片机开发实验器是学习单片机知识的启蒙老师,是单片机开发应用的良师益友,是启迪创新思维的最好导师!

大量事实证明,SL-DIY系列开发实验器可以百变组合,为你开辟了科技创新的大门,为国家培养了大批有用人才,也为人类创造了大量物质和精神财富。

SL-DIY系列积木化单片机开发实验器硬件,如果在小学学习时购了,那么到中学、大学学习就不必再购单片机硬件了。

如果在中学学习时购了,那么到大学学习就不必再购单片机硬件了。

如果在大学学习时购了,那么到到工作岗位搞科研开发就不必再购单片机硬件了。

这样的一次购入,终身享用,为你节省多少硬件发经费!

SL-DIY系列开发实验器的硬件及软件的百变组合,只要你会操作电脑,你就可以搞单片机的开发应用,就可搞机器人的创新制作。

这样,就可从小学、初中、高中、大学及具有相适文化知识的人们（学生家长）都可搞单片机的学习、开发、创新活动。

我们的目标,从小培养创新人才,使中国现代教育能培养出荣获诺贝尔奖的人材!

2.机器人开发的软件控制平台

双龙SL-DIY系列积木化单片机开发实验器硬件所配的软件平台,对小学生采用图形编辑软件或流程图软件,只要用鼠标点击,或用鼠标拉动图形中的滑块,就可以对单片机进行编程开发、仿真调试、下载编程、应用实验,从而培养小学生对单片机、机器人的爱好和兴趣。

对高小生、初中生、高中生、电子爱好者,SL-DIY系列开发实验器同样硬件所配软件,可以采用单片机的汇编语言,就可以进行编程开发、仿真调试、下载编程、科技创新设计、实验应用。

对高中的优秀学生、大学生及单片机爱好者,SL-DIY系列开发实验器同样硬件所配的软件,也可使用C高级语言,BASCOM高级语言等等,用高级语言提高了编程效率,为青少年进入社会工作打下了坚强基础。

这样,从小学到中学,从大学到工作岗位,任何人都可搞单片机的开发应用,也可以根据你的实际知识水平需要选用何种语言,而学习单片机的硬件平台是统一的,软件知识水平是逐渐提高的。

学习开发应用单片机,一线（ISP下载线）打天下,为人们学习单片机的开发应用节省了大量人力、物力、财力和时间。

SL-DIY系列积木化单片机功能模块板可以是空芯片,相当于提供一张白纸,可以让你写最好的文章,画最好最美的图画。

当然该功能板还提供AVR单片机各种编程语言的程序例子,有汇编级及高级语言源程序,供使用者学习参考、修改补充,使该功能板符合自己项目工程的需要。

另外双龙电子也提供含有监控程序的芯片（含相应操作系统软件,例:

图形编辑软件、流程度编辑软件、工控组态软件等）,使你可锦上添花,提高你的项目开发水平,加快项目的开发进程,让你早出成果,快出成果。

3.机器人开发的机械结构平台

仿生机器人的机械结构平台,即机器人的躯体及活动关节,我们采用伺服电机（含相差90度的双轴输出伺服电机）控制,专用塑料连接件配置,这样的机械结构,使复杂问题简单化,在某些应用中伺服电机既是躯体部件又是活动关节,只需要用螺钉及塑料连接件拼装而成,然后加上外包装成你所设计的仿生机器人。

4.机器人的外形设计平台

SL-ROBOT系列通用仿生机器人集开放式单片机学习功能、开放式机器人通用结构平台、机器人外形设计创新于一身。

仿生机器人外形设计:

市场上的机器人只有一个固定不变的外形。

SL-ROBOT系列机器人外形采用各种动物迫真可爱的造型（例熊猫、狗、猫、老虎、或十二生肖动物,各种吉祥物、卡通人物、小孩等）包括头尾,装配包装在机器人身上。

仿生机器人通用结构平台不变,只要换上不同的外包装,就构成不同的动物造型。

仿生机器人既有各种动物的特征,又显露机器人特有的机械结构,可由人们任意控制指挥仿生机器人动作,也可作娱乐机器人表演。

图1各种仿生机器人的外包装头

请注意:

有了机器人开发的四大平台,以后的关键是决定你的创新开发思想。

我们可利用中国成语故事,加上逆向思维、克隆技术创造新生物,新机器人,如,对牛弹琴、画蛇添足、四不象、牛头马面、龟兔赛跑、虎头蛇尾等;也可设计成双头新动物如:

鼠猫和、狗鼠好、马虎头、牛马对等等。

人形机器人的用途更广,你能说出他（她）有那些用途!

（四）SL-DIY系列积木式化单片机开发实验器的基本模块板

SL-DIY系列积木化单片机功能模块板又可分单片机、机器人开发实验学习板及机器人创新专用板。

机器人开发实验学习板有:

SL-DIY02-1/2/3/4/5/6;机器人创新专用板有SL-DIY02-9,SL-SSC16。

图2SL-DIY积木式系列板的应用

双龙的SL-DIY系列积木式化单片机开发实验器,它可开发AVR及AT89S系列单片机,便于学习者动手组装单片机硬件,并可发挥自己编写软件的想象力、创造力,使软件、硬件结合,更加灵活地开发出新的实用产品。

双龙的SL-DIY系列积木化单片机开发实验器,已申请国家实用新型专利,专利号:

02288747.4

（1）SL-DIY02-1为单片机下载开发实验器主机板,配有ISP下载电缆,该板就是一个独立的高性能单片机开发实验系统。

配有AVR单片机AT90S8515（ATmega8515）或AT89S单片机AT89S51/52/8252（选购件）,可做单片机的开发应用创新实验等,可以提供散件或整机。

SL-DIY02-1与SL-DIY02-2组合,配组态监控及组态软件,可学习单片机I/O口的工作原理,学习工控组态原理及自动控制。

SL-DIY02-1与SL-DIY02-2及SL-JB小键盘组合,配上组态监控,可设计互动虚拟机器人等。

SL-DIY02-1与SL-DIY02-2及SL-JB小键盘组合,也可用汇编语言或高级语言编写单片机开发应用实验程序工作。

例如,单片机与PC机通讯,音乐程序下载,用SL-JB小键盘当电子琴键盘使用,具有按键记忆及乐曲重奏功能。

SL-DIY02-1与SL-DIY02-4伺服电机驱动板组合,可用汇编语言或高级语言设计有手有脚的创新机器人。

SL-DIY02-1与SL-DIY02-6积木式机器人板组合,可组成SL积木式智能轮式机器人,可参加各种比赛。

（2）SL-DIY02-2功能板为单片机组态开发通讯实验板（含AVR组态监控、组态光盘、通讯电缆）,还可配SL-JB16键的小键盘使用。

SL-DIY02-2功能板必须插在SL-DIY02-1/3板上工作。

可学习单片机I/O口的工作原理,学习工控组态原理,搞数据采集、自动控制,用SL-JB小键盘设计互动虚拟机器人、网络机器人等。

SL-DIY02-2也可用汇编语言或高级语言编写单片机开发应用实验程序,例如单片机与PC机通讯,音乐程序下载,用SL-JB小键盘当电子琴键盘使用,具有按键记忆及乐曲重奏功能。

（3）SL-DIY02-2A伺服电机（舵机）驱动控制板,可设计出有手有脚的机器人。

SL-DIY02-2A插在DIY02-2板上开发调试工作,调试好后也可直接插在SL-DIY02-1/3板上工作,SL-DIY02-2A配图形软件及监控。

（4）SL-JB1616只键的小键盘板,可配在SL-DIY02-2单片机组态开发实验板或SL-2010/3010双龙智能机器人等,可作电子琴键盘或作组态互动控制使用。

（5）SL-DIY02-3为AVRAT90S8535（ATmega8535/ATmega16）单片机下载开发实验器主板,配有ISP下载电缆,可做A/D数据采集、闭环控制,本板就是一个独立的高性能单片机开发实验系统,可做单片机的各种开发应用创新实验等。

SL-DIY02-3与SL-DIY02-2组合,配组态监控及组态软件,可学习单片机I/O口的工作原理,学习工控原理及A/D数据采集自动闭环控制。

SL-DIY02-3与SL-DIY02-2及SL-JB小键盘组合,配上组态监控,可设计互动虚拟机器人、网络机器人等。

SL-DIY02-3与SL-DIY02-2及SL-JB小键盘组合,也可用汇编语言或高级语言编写单片机开发应用实验程序工作。

例如,单片机与PC机通讯,音乐程序下载,用SL-JB小键盘当电子琴键盘使用,具有按键记忆及乐曲重奏功能。

SL-DIY02-3与SL-DIY02-4伺服电机驱动板组合,可配图形监控及图形软件,组成有手有脚的智能机器人。

SL-DIY02-3与SL-DIY02-6积木式机器人板组合,可组成SL积木式智能轮式机器人,可参加各种比赛。

图3SL-DIY02-6机器人板实物图图4SL-DIY02-3单片机开发实验器实物图

（6）SL-DIY02-4伺服电机（舵机）驱动板,插在SL-DIY02-3板上工作,带通讯接口,可驱动16只伺服电机,附监控及图形软件;或该板插在SL-DIY02-1/3板,用汇编语言或高级语言编程工作,可驱动24只伺服电机,可做成有手有脚有创意的各种机器人。

（7）SL-DIY02-5功能板为万通实验板,根据自己项目需要焊接功能器件,其板的大小同主机板,可插在各种SL-DIY系列功能板上或SL-3010双龙智能机器人板上扩展之用。

（8）SL-DIY02-6积木式机器人板,具有多个红外传感器、光敏传感器、接触传感器、稳压滤波电路、直流减速电机及驱动电路、电池匣、遥控接口（遥控收发器为选购件）,模块板接口,电机固定架、驱动轮、导向轮等。

SL-DIY02-1（或3）开发实验板,插在SL-DIY02-6板上,组成SL积木式轮式智能机器人,就具有相当于SL-3010双龙智能机器人功能。

具有避悬崖、避障、寻迹、程控、遥控、追光、音乐下载、机器人走迷宫、AVR单片机开发应用实验功能等等。

SL-DIY02-6与遥控收发器组合,可组成具有遥控功能的智能机器人,可设计成自学习机器人。

（9）SL-DIY02-9机器人专用板（有手有脚机器人、虚拟机器人、网络机器人）,最多可驱动32只伺服电机,有声控输入,有8路10位A/D模拟量输入、ISP在线下载、RS232通讯等接口。

（10）SL-SSC16伺服电机控制板,最多控制16只伺服电机,使用串口图形软件,只要你会操作电脑,你就会开发设计调试伺服电机控制的机器人。

（11）遥控收发器:

可配SL-2010/3010双龙智能机器人及SL-DIY02-6积木式机器人板使用。

可设计出具有遥控功能的机器人或自学习机器人。

（五）SL-ROBOT-2仿人形机器人

SL-ROBOT-2仿人形机器人（简称机器人）是单片机学习、机器人制作及一切创新开发应用的教具。

1.不需考虑重心平衡控制的机器人

（1）单足机器人（会走路的凳子）:

用3只伺服电机,废光盘套或木板等做凳面,用铝塑管、竹、木材做凳脚,伺服电机控制板用SL-DIY02-9/JM-SSC16控制。

也可做成会走路的台子,学跑车中的小孩,会走路的桶（木桶、塑料桶、金属桶）、匣等等。

（2）单足滑板机器人图5单足机器人

单足滑板机器人使用四只伺服电机,头部用1只伺服电机,脚部用3只伺服电机,直接用螺钉连接;滑板可用金属板、塑料板、木板等构成,滑轮可用玩具车轮子代替;伺服电机控制板用SL-DIY02-9/SL-SSC16控制。

图6单足滑板机器人图7大脚机器人图8推车机器人

（2）推车机器人也不需要考虑重心问题,电池可放在推车中。

（4）大足机器人

大足机器人腿部关节伺服电机,用专用塑料件连接,可做一字步,横行、前进、后退,头部可摇摆。

伺服电机控制板用SL-DIY02-9或SL-SSC16控制。

图9机器人大脚之一图10机器人大脚之二

图11机器人礼仪模特在等候

图12机器人礼仪模特在鞠躬行礼

机器人礼仪模特在等候处于自动扫描状态,当有人经过时,机器人礼仪模特自动识别进出鞠躬行礼，自动问候。

机器人礼仪模特只需上身及手动作,重心可在下部,因为有衣裙围着,也可使用轮式作机器人移动行走。

机器人礼仪模特礼貌用语,可以事先根据工作性质要求用数码录音,也可根据不同场合更换衣服。

2.需考虑重心平衡控制的机器人

有手有脚机器人及双足机器人行走都必须解决重心平衡问题,解决重心平衡问题也有多种方法可考虑,以下两例主要采用大腿十字关节件,上身部分作为配重,解决重心移动问题。

有手有脚的机器人更可利用手的摆动来配合处理平衡问题。

图13双足大脚机器人图14双足机器人之1

图15双足机器人之2图16双足机器人之3

图17双足机器人之4

图18北京理工大学研制的机器人

图19新加坡理工大学研究的足球机器人图20日本娱乐机器人

（六）SL-ROBOT-2仿人形机器人安装与调试

1.主要器材:

伺服电机14只（4条腿共12只,头尾共用2只）,伺服电机控制板SL-SSC16（图形监控、RS232通信线）,SL-ROBOT-2塑料连接件及螺钉等1套,见图21,5V2.5A直流稳源电源一只;4节立式电池匣一只,充电器一只。

图21SL-ROBOT-2塑料件

2.人体结构安装步骤

（1）

人形机器人肩胛头电机安装:

人形机器人肩胛头三只伺服电机,头部电机主轴在两肩胛电机外壳之外,三电机放平,头部电机与肩胛两电机之间用3mm硬泡沫填充,用双面胶粘合。

在三电机上用双面海棉胶带粘合,正面用58x30mm塑料夹板加固,背面用双面胶及100x30mm铝夹板粘合,打两个固定孔,用3x32mm螺钉把上下夹板及三电机加固。

在铝夹板下方中间位置与塑料连接板打孔用螺钉固定,作人形机器人上下身体连接用,见图22。

图22人形机器人肩胛结构

（2）

人形机器人上身安装:

上身手安装,人形机器人上身结构,再可装上仿真娃娃头及手如图23。

图23人形机器人上身完整结构

（3）人形机器人下身安装:

下身三电机为主轴同方向成三岗角形排列,电机之间用双面海棉胶带粘合,并用30x58mm塑料夹板与电机间加双面海棉胶带粘合并用3x38mm螺钉加固,见图16。

三电机主轴与摆动轴间用双轴塑料件连接加固。

大腿间用十字转向塑料件连接,大腿与小腿关节用塑料连接件锁定,足用直角塑料件及双轴塑料件连接加固,如图21。

仿人形机器人身上装上头手脚伺服电机控板完整结构,见图25。

请你配上一套美丽漂亮的服饰,使机器人更加生动活泼。

图24仿人形机器人机械结构图25仿人形机器人完整结构

（3）肩胛与关节塑料作连接件

仿生机器人的手直接由伺服电机与肩胛塑料件及关节塑料作直接连接而成。

如是洋娃娃,则装上洋娃娃的手。

图26肩胛与关节塑料件

（4）电池匣

电池匣可装高性能4节5号充电电池为4.8V,也可装普通高性能电池4节6V,SL-ROBOT-2均可工作,调试时可用外接5V稳压直流电源,见图13。

调试注意事项:

a）上下每个动作转换,不应超过2个伺服电机同时动作,尤其最后一个动作与第一个动之间也不要超过2个伺服电机同时动作,以防电源带不动伺服电机,造成电源电压大幅度下降,造成机器人死机!

b）滑干控制条数值应在20-240之间较好,应防止使电机到顶点0值或253值。

c）电源电压应保持在5V-6V间,电池的电流应在2A-2.5A之间;稳压电源的电流应在2.5A-3A之间

双龙仿生机器人散件主要配件及报价

1.SL-ROBOT-1通用仿生机器人（学习单片机编程与图形软件的创新开发）

伺服电机14只（4条腿共12只,头尾各一只）,SL-DIY02-9伺服电机控制板（含空芯片ATmega16及图形监控各一片,ISP并口下载线、RS232通信线）,或配SL-SSC16伺服电机图形软件控制板（含ATmega16图形监控芯片,图形控制软件,RS232通信线）,SL-ROBOT-1塑料连接件及螺钉等1套,5V2.5A直流稳源电源一只;4节立式电池匣一只,充电器一只。

配一种动物头、尾等外包装各一套。

配单片机学习、机器人制作等多媒体光盘。

零售价:

2408元/套（成品）,2308元/套（散件）。

2.SL-ROBOT-2仿人形机器人（学习单片机编程与图形软件的创新开发）:

伺服电机14只（手脚共12只,头胸各一只）,SL-DIY02-9伺服电机控制板（含空芯片ATmega16及图形监控各一片,ISP并口下载线、RS232通信线）,或配SL-SSC16伺服电机图形软件控制板（含ATmega16图形监控芯片,图形控制软件,RS232通信线）,SL-ROBOT-2仿人形机器人塑料连接件及螺钉等1套,5V2.5A直流稳源电源一只;4节电池匣一只,充电器一只。

人头、手、服饰等外包装（自备）。

配单片机学习、机器人制作等多媒体光盘。

零售价:

2408元/套（成品）,2308元/套（散件）。

3.SL-ROBOT-3简易仿生机器人（用图形软件的创新开发）

伺服电机12只（4条腿共12只,头尾与足共用）,SL-SSC16伺服电机图形软件控制板（含ATmega16图形监控芯片,图形控制软件,RS232通信线）,SL-ROBOT-3塑料连接件及