如何让6自由度双足机器人实现行走？

1. 运动功能说明

      6自由度双足机器人样机是一款拥有6自由度的串联型双足，相当于人形机器人的下半身。它可以实现抬腿、迈步、蹲下和起立、行走、翻跟头等等功能。

2. 结构说明

      6自由度双足机器人样机的每条腿由3个 舵机关节模组【https://www.robotway.com/h-col-121.html】 构成。足部结构一般有两种设计方案，一种叫“狭窄足印”，比较常规如下图所示：

       还有一种叫“交叉足印”，也叫“工”形脚或“工”字脚。这种设计方案可以保证机器人行走时重心始终落在支撑零件上，能够降低控制难度，如下图所示：

3. 运动功能实现

       本文先以交叉足印样机为例进行说明。本样机的运动功能主要是依靠舵机的摆动配合实现的，我们可以参考人体结构，把两条腿上的三个舵机按从上到下的顺序，对应理解为只能前后摆动的髋关节、膝关节、踝关节（真实的生物关节类似于球铰，更加复杂）。我们需要参考人行走时三个关节的摆动角度关系，为双足机器人确定并调出对应的一系列舵机角度。

       为了比较轻松地完成前进、后退动作，需要让腿抬得高一些，以避免迈步时工形脚干涉。

3.1 电子硬件

    在这个示例中，我们采用了以下硬件，请大家参考：

• 主控板：Basra（兼容Arduino Uno）

• 扩展板：Bigfish2.1

• 电池：    7.4V锂电池

    由于舵机比较多，为了完成控制，我们需要约定一下样机的前、后方向，并对舵机进行编号：

3.2 运动控制

上位机：Controller 1.0

下位机编程环境：Arduino 1.8.19

（1）初始位置的设定：使用Controller上位机对机器人进行调试，调试目标为使机器人保持直立状态，并且保持右脚的支撑臂在前。

    ①将Controller下位机程序servo_bigfish.ino直接下载到主控板。这段代码供Controller上位机与主控板通信，并允许调试舵机。代码如下：

下载完成后，保持主控板和电脑的USB连接，以便利用上位机进行调试。

    ②双击打开Controller 1.0b.exe：

    ③界面左上角选择：设置-面板设置，弹出需要显示的调试块，可通过勾选隐藏不需要调试的舵机块：联机-选择主控板对应端口号以及波特率。

     ④拖动进度条，可以观察相应的舵机角度转动，直到样机姿态达到我们的预想目标。然后勾选左下角添加-转化，获得舵机调试的数组：

⑤该数组可直接复制到后面的行走程序中“各个舵机的初始位置”部分进行使用。

（2）编写并下载行走程序的代码（Biped_Robot.ino）到主控板：

      将上个步骤记录的角度数据依次填入相应舵机的初始值，比如：float servo_value[6] = {90, 44, 46, 82, 115, 100}; //各个舵机的初始位置。为了减少重力的干扰，一般先把机器人调整成直立状态采值。采值后，需要注意的是舵机0、3的初始值应在上个步骤结果值基础上减去10，使其进入行走姿态。修改完成后便可以直接将程序下载到主控板，然后将主控板、电池安装到机器人最上面的平台（应以重心较低为标准），然后连接好舵机线，顺利的话现在机器人应该就可以正常行走了。但是由于舵机的内部结构问题，相应的角度输出可能会存在误差，这样的表现便是机器人的支撑臂会出现“打架”现象，这个问题的解决方法是修改程序中对应的参数调节系数，例如：servo_value[4] -= 11；

       可以修改参数“11”的大小，需要注意的是程序的整个循环特定的位置对应特定的值，因此在修改的时候程序后面相应舵机的输出系数也需要相应的改变，由此达到一个完满的循环。

4. 资料内容

① 6自由度双足-行走-例程源代码

② 6自由度双足-样机3D文件

资料下载链接 https://www.robotway.com/h-col-160.html