双足步行机器人制作指南PDF电子书下载

第1章 走近ROBO-ONE 1

1.1 ROBO-ONE的魅力 2

1.2 ROBO-ONE的诞生 3

1.3 ROBO-ONE之梦 4

1.3.1 梦想·感动·爱 4

1.3.2 铁臂阿童木能否实现 4

1.4 ROBO-ONE规则的变化 5

第2章 制作双足步行机器人 11

2.1 认识ROBO-ONE FREEDOM 12

2.1.1 FREEDOM简介 12

2.1.2 FREEDOM的规格参数 13

2.1.3 全身图 14

2.1.4 腿的构造 14

2.1.5 躯干 16

2.1.6 手臂的构造 16

2.1.7 头的构造 17

2.1.8 CPU和主板 17

2.1.9 降低成本的关键 17

2.1.10 参加ROBO-ONE所需的机器人技术 18

2.1.11 机器人制作流程 18

2.2 开发环境 20

2.2.1 CPU的选型 20

2.2.2 编译器的选型 20

2.2.3 PC的选型 20

2.2.4 无线系统 22

2.2.5 SH7045F主板BTC050 22

2.2.6 GCC 27

2.2.7 GCC Developer Lite的使用方法 27

2.2.8 GCC Developer Lite的功能 28

2.2.9 以SH7045F主板为对象的开发顺序 29

2.2.10 GCC Developer Lite中GCC函数的使用 34

2.3 SH2的RC伺服电机控制 35

2.3.1 RC伺服电机的控制 35

2.3.2 通过SH2对RC伺服电机进行控制 35

2.3.3 TIOR（定时器I/O控制寄存器） 40

2.3.4 输出16通道的PWM 43

2.3.5 I/O基板 44

2.4 伺服电机的概要和现状 54

2.4.1 伺服电机的研究 55

2.4.2 双叶电子工业株式会社的伺服电机 55

2.4.3 近藤科学株式会社的伺服电机 56

2.4.4 近藤科学株式会社伺服电机构造 57

2.4.5 HITEC的伺服电机 59

2.4.6 双足步行机器人用伺服电机 59

2.4.7 伺服电机的特性检测 61

2.5 基于仿真的分析 63

2.5.1 绘制3D图 63

2.5.2 MATLAB Simulink 65

2.5.3 MSC.visualNastran4D 66

2.5.4 重心移动仿真 66

2.5.5 屈伸的仿真 67

2.5.6 步行的仿真 68

2.5.7 通过MSC.visualNastran4D进行仿真 68

2.5.8 ROBO-ONE on PC 69

2.6 腿部的制作 69

2.7 步行模式的生成 71

2.7.1 步行模式的生成方法 71

2.7.2 无需计算就让机器人动起来的方法 71

2.7.3 示例程序 72

2.7.4 简单步行模式的生成 81

2.7.5 原地踏步 83

2.7.6 单脚抬起的程序 85

2.7.7 原地踏步的程序 86

2.8 脚底传感器的使用方法 97

2.8.1 脚底传感器原理 97

2.8.2 力传感器 98

2.8.3 用SH7045读取模拟量 99

第3章 R-Blue的制作案例 103

3.1 引言 104

3.2 瞄准终极的ROBO-ONE 104

3.3 机器人整体构型 105

3.3.1 伺服电机 105

3.4 机器人的关节结构 106

3.4.1 虚轴的作用 106

3.4.2 虚轴的制作 106

3.4.3 进一步探讨轴承 107

3.5 骨架 108

3.5.1 按单元来考虑 108

3.5.2 伺服电机的连接 109

3.5.3 自由度 109

3.5.4 连接方法 109

3.5.5 单端固定轴和偏转轴的加强 109

3.5.6 骨架的厚度 111

3.5.7 材料 111

3.5.8 螺钉的种类 112

3.5.9 螺钉的轻量化 112

3.6 躯体的检测 112

3.6.1 控制板 113

3.6.2 电池 113

3.7 YDH-PDS 114

3.7.1 大小、质量 114

3.7.2 大腿间距离 115

3.7.3 伺服电机固定方法 115

3.8 R-Blue V 116

3.8.1 制作理念 116

3.8.2 Autodesk Inventor 117

3.8.3 iMCs05 117

3.9 结语 118

第4章 钢铁战士的制作案例 121

4.1 引言 122

4.2 钢铁战士系列 122

4.3 钢铁战士1号 122

4.3.1 理念 123

4.3.2 设计方针 123

4.3.3 比赛结果 124

4.3.4 强度不足 124

4.3.5 感动 124

4.4 钢铁战士2号 125

4.4.1 理念 125

4.4.2 起身 125

4.4.3 自由度 126

4.4.4 骨架 127

4.4.5 铝制舵盘 127

4.4.6 控制单元 127

4.4.7 达成目标、取胜 128

4.5 钢铁战士3号 128

4.5.1 理念 128

4.5.2 自由度 129

4.5.3 起身 129

4.5.4 秘密武器 129

4.5.5 预选第二名 130

4.5.6 败因分析 130

4.5.7 开发绝招 131

4.5.8 翻跟头 131

4.5.9 亚洲大赛 131

4.6 钢铁战士4号 132

4.6.1 理念 132

4.6.2 脚踝的旋转轴 132

4.6.3 可张合的手 134

4.6.4 胸部的旋转轴 135

4.6.5 控制板 137

4.6.6 姿势控制 138

4.6.7 配线 138

4.6.8 结果不尽如人意 139

4.7 结语 140

第5章 A-DO的制作案例 141

5.1 引言 142

5.2 历代A-DO 142

5.2.1 A-DO的诞生 142

5.2.2 A-DO 1号 143

5.2.3 A-DO 2号 143

5.2.4 A-DO 3号 144

5.3 A-DO 4号 146

5.3.1 加入主题思想的制作 146

5.3.2 A-DO 4号的规格 147

5.3.3 A-DO成功瘦身 147

5.3.4 伺服电机 148

5.3.5 I.C.S 149

5.3.6 怎样防止伺服电机抖动 150

5.3.7 KRS-2346ICS 151

5.3.8 ROBO-UNICON 151

5.3.9 锂电池 156

5.3.10 机器人的结构 157

5.3.11 Inventor7 158

5.3.12 A-DO的关节结构 159

5.3.13 A-DO的载荷测量 159

5.4 结语 160

第6章 OmniHead的制作案例 163

6.1 引言 164

6.2 概述 164

6.2.1 “万无一失”的制作方针 164

6.2.2 浓缩的精彩 164

6.2.3 目标锁定钢铁战士 165

6.3 机体结构设计 165

6.3.1 伺服电机 165

6.3.2 模拟伺服电机和数字伺服电机 166

6.3.3 铝板的切削和折弯 166

6.3.4 尽量双边支撑 167

6.3.5 关节的基本构造 168

6.3.6 避免正交轴设计 168

6.3.7 腿部的自由度配置 169

6.3.8 手臂的自由度配置 170

6.3.9 躯干的设计 171

6.3.10 CAD 172

6.4 电气系统 173

6.4.1 PIC?H8?SH2? 173

6.4.2 PWM是软件还是硬件？ 174

6.4.3 无线控制？串口？ 175

6.4.4 传感器和自律性 176

6.4.5 电池 176

6.4.6 配线 176

6.5 固件（Firm Ware） 177

6.5.1 机器人动作 177

6.5.2 什么是动作？ 178

6.5．3 固件构成 178

6.5.4 接收器信号的读出 179

6.5.5 加速度传感器的读出 179

6.5.6 控制模块 179

6.5.7 自动演示管理模块 179

6.5.8 动作管理模块 180

6.5.9 姿势插补模块 180

6.5.10 脉冲发生模块 181

6.6 动作编辑 181

6.6.1 系统构成 181

6.6.2 动作编辑器——Top Dancer 182

6.6.3 关节滑动条 182

6.6.4 姿势的序列＝动作 183

6.6.5 控制杆操作任务分配 184

6.6.6 关于主从模式 184

6.6.7 自动演示编辑 185

6.6.8 其他功能 186

6.7 动作生成实例 186

6.7.1 步行 186

6.7.2 起身 187

6.7.3 空转 188

6.8 结语 188

第7章 刚王丸的制作案例 189

7.1 引言 190

7.2 刚王丸的开始 190

7.2.1 也许可行 190

7.2.2 刚王丸的理念 190

7.3 刚王丸的规格 191

7.3.1 硬件构成 191

7.3.2 伺服电机 192

7.3.3 CPU控制系统 193

7.3.4 控制系统子CPU 194

7.4 整机设计 195

7.4.1 控制器的设计 195

7.4.2 操控方手臂的设计 197

7.4.3 机器人手臂的设计 198

7.4.4 机器人的腿部设计 200

7.4.5 机器人的躯干设计 202

7.5 实际应用 203

7.5.1 多轴控制算法 203

7.5.2 步态算法 207

7.5.3 主从控制算法 210

7.6 结语 213

第8章 开拓者4号的制作案例 215

8.1 引言 216

8.1.1 开拓者4号的规格 216

8.1.2 开拓者4号的成绩 216

8.2 开发背景 217

8.2.1 开发开拓者4号的原委 217

8.2.2 开拓者4号的开发目的及理念 217

8.3 设计 218

8.3.1 开拓者4号的外形 218

8.3.2 开拓者4号的设计要点 219

8.4 硬件 222

8.4.1 支架 222

8.4.2 伺服器 222

8.4.3 控制板 223

8.4.4 电池 223

8.4.5 无线系统 223

8.4.6 传感器 224

8.4.7 其他部件 224

8.5 软件 225

8.5.1 软件开发环境 225

8.5.2 软件构成 225

8.5.3 步态算法 225

8.5.4 基于陀螺仪的控制 229

8.5.5 基于加速度传感器的控制 229

8.5.6 动作 230

8.6 结语 231