头部仿生机器人舵机控制研究[权威资料]

头部仿生机器人舵机控制研究[权威资料] 头部仿生机器人舵机控制研究 本文介绍的“头部仿生机器人”是一款基于STM32单片机控制、内部是由电子和机械相结合的机器人，通过对不同舵机的动作组合来实现表情的变化，并对STM32控制芯片，无线模块的测试方法以及调试过程中遇到的难点和困难作了介绍。 【关键词】头部仿生机器人 STM32单片机 无线模块 特技模型的创新和发展不仅带来视觉体验上的巨大变化，而且这些变化也带来了巨大的经济效益，从《星球大战》中发明的一个机械装置，可以把效率一下提高了几十倍，到《霍比特人》中巨龙、矮人族、半兽人、咕噜姆等特效制作。维塔数码(weta Digital)便是该领域中的佼佼者，我们熟知的电影如《霍比特人》、《阿凡达》、《魔戒三部曲》、《金刚》等片中的特效均出自于维塔的制作团队。特技模型不仅让电影内容看起来更加逼真，还为自身带来了巨大的商业利益。国内对特效的认识正处在一个飞速发展阶段，出于商业目的使用特效的影片比例也在逐渐加大，但真正的特效制作行业并没有形成链条，国内的特技模型相比于国外一流的特技模型有着不小的差距，模型的制作也很不完善，硬件方面也基本上是全盘引进国外技术，国内的特技模型多已静止的布景模型和遥控模型为主，遥控模型相对简单，灵活度不过，也无法完成相对复杂的运动，而“头部仿生机器人”的制作正是在这一领域的尝试。相比于传统的特技模型，头部仿生机器人是以程序的方式完成控制，复杂动作的完成度高，操作相对简单，同一时间内完成的动作数量多，更加灵活也更加逼真。相比于全盘引进国外的模型从成本上大幅减少，节约了成本，也提高了资金的利用率。 1 STM32的介绍 STM32F103基于高性能32位RISC 的ARM Cortex-M3内核，它的正常的工作频率为72MHz，上面有集成的高速存储器(Flash的最大值为512K，SRAM的最大值64K)并且有经APB总线连接的扩展设备和I/0。全部的设备都可以使用标准的通信接口。芯片上还包含两个12位的模数转换器、一个12位双通道的数模转换器、11个16位计时器。 芯片的特征: (1)内核:ARM 32位Cortex-M3 CPU最高工作频率72MHz，1.25DMIPS/MHz。单周期乘法和硬件除法。我们在正常情况下所使用的C51的单片机则不包含倍频这个能力，正常情况下所使用的是11.0592MHz的晶振，它的处理数据的能力要逊色于STM32系列单片机。 (2)对电源的管理以及复位，需要大小为2.0至3.6V的供电电源来进行供电以及驱动I /O的接口。与51单片机相比，STM32F103单片机内部集成了可以进行编程的电压探测器，它可以实时地对单片机的供电电压进行监测，并且能够在电压低于需要电压的最低限度时进行自动复位。 (3)包含两种不同的调试模式，JTAG的接口调试以及(SWD)。本次研究选取的是串行调试的接口来进行调试。 (4)多可以包含13个通信接口:2个I2C接口(SMBus/PMBus);5个USART接口(ISO 7816接口，LIN，IrDA兼容，调制控制);3个SPI接口(18Mbit/s)，2个与I2S复用;CAN接口(2.0B);USB 2.0全速接口;SDIO接口。这里主要是使用UART接口。本研究选用含有大量的接口的SEM32F103单片机的最主要的原因就是因为普通的51单片机只含有一个UART的接口，但是本设计中要使用至多三个UART的接口，普通的51单片机无法满足本次试验的要求。 2 2.4G模块介绍 2.4G是一种无线技术，由于其频段处于2.400GHZ,2.4835GHZ之间，所以简称2.4G无线技术。它的特点是低电压，高效率，低成本，双向高速数据传输，特效体积(不许 外接天线)具有快速跳频，前向纠错，校验等功能，工作中全球开放的SM频段，免许可证使用。优势是整合了高频键控收发电路的功能，一特效体积实现高速数据传输的功能，应用范围广。 系统的调试 3 无线模块的测试 逻辑分析仪是利用时 钟从测试设备上采集和显示数字信号的仪器，最主要的作用在于时序判定。逻辑分析仪于示波器不同，它不能显示连续的模拟量波形，而只显示高低两种电平状态(逻辑1和0)。使用逻辑分析仪，可以方便地设置信号出发开始采样，分析多路信号的时序，捕获信号的烦扰毛刺，也可以按照规则对电平序列进行解码，完成通信分析。本研究是使用2.4G的无线模块来接收遥控器的信号，遥控器的信号为高频信号，本实验用逻辑分析仪来测2.4G模块的接收波形，通过测试发现当遥控器推杆不同的位置对应的逻辑分析仪采样PWM波形的占空比不同，从而用程序来根据不同的占空比的波形来判别遥控器推杆的位置。“头部仿生机器人”内部是由21个舵机作为动力结构，分别用来控制眼睛的上下及左右运动，眉头及眉梢的上下运动，眉中的运动，上下嘴唇的运动，左右嘴角的运动和下巴等面部部位的运动。本研究通过得到遥控器推杆的位置信号，由舵机模块去驱动舵机转动从而带动脸部各部分器官的变化，从而实现“头部仿生机器人”不同面部表情的变化。 无线模块的测试框图如图1所示。 4 舵机的控制及表情的组合 作为“头部仿生机器人”控制的核心，对舵机的控制相当重要。通过遥控器对每个舵机的运动情况和幅度进行测试，得到每个舵机能运动的最大幅度，从而了解了每个舵机能实现的最大的单一表情变化，并对“头部仿生机器人”的机械结构进行验证。然后由两个遥控器来控制部分表情的舵机，来进行最低限度的表情组合测试，如何使眼睛实现转 动，嘴的张开和闭合等。经过多次的测试掌握了在某个表情下所需要的舵机的动作的组合。 例如，在高兴的表情下眼睛周围的舵机如何运动，嘴部周围的舵机如何运动。因为每个遥控器最多可以实现4个通道，所以两个遥控器可以实现最多对八个通道的控制，也就是最多可以控制八个舵机的变化。以高兴的表情为例，眼睛周围的表情是眉中舵机向下运动，两个眉头的舵机不动，两个眉梢的舵机向下;嘴周围的表情是左右两个嘴角向外，上嘴唇向上，下嘴唇向下，这样的组合即高兴的表情组合。在了解了动作的组合与表情的关系之后，通过测试来完成对编写程序所需数据的采集。完成了高兴的表情动作数据的采集之后便是程序的编写，这也是电子部分的难点，即如何把已知的动作的变化，转化成程序里的数据。为了实现舵机动作和程序数据的融合，通过大量的实验，并进行了多次的测试。最后成功实现了，用程序来控制眼睛的顺时针转动以及控制“头部仿生机器人”的六个表情的变化，整体效果基本令人满意，实现了预期目标。 舵机的控制的框图如图2所示。 5 总结 “头部仿生机器人”是一个复杂的系统，调试过程相当繁琐，费时、费工，调试过程中无论是在硬件上和软件上都会存在着各样的问题，实际调试中，不断改进、总结经验，最后成功实现了愤怒、厌恶、害怕、高兴、悲伤和惊讶六等基本表情，使全部舵机完全配合起来并全部实现了由程序控制表情。“头部仿生机器人”的成功制作不仅会使动画效果逼真，而且可以降低特技模型的使用成本 ，从而带来商业价值。 参考文献 [1]熊鸣，赵秦川.便携式逻辑分析仪的设计与实现[J].电子科技，2014，27(04):1-3. [2]黄亚萍.SWD协议的研究及ARM程序下载器的设计[D].湖北:湖北大学，2012. [3]熊鸣.基于Cortex-M3的数据传输单元设计[J].煤炭技术，2013，32(03):197-198. [4]郭天祥.新概念51单片机C语言教程[M].北京:电子工业出版社，2009. [5]童诗白，华成英.模拟电子技术[M].北京:高等教育出版社，2006. 作者简介 孙立军(1964-)，男，现为北京电影学院副院长、教授、博士生导师。 张晨(1978-)，男，现为北京电影学院动画学院实验中心主任、讲师。 熊鸣(1978-)，男，现为北京信息科技大学自动化学院电气系教师。 作者单位 1.北京电影学院 北京市 100088 2.北京信息科技大学 北京市 100192 文档资料:头部仿生机器人舵机控制研究 完整下载 完整阅读 全文下载 全文阅读 免费阅读及下载 阅读相关文档:关于计算机技术在电力系统自动化应用的探讨 基于PLC、触摸屏、步进电机的环形传输分拣系统的设计 配电网自动化实用化智能监测系统 电力电气自动化在电力工程中应用探讨 电力工程中电力自动化的应用探讨 基于线性CCD循迹的智能车系统设计 火电厂在线化学仪表测量误差的控制措施 配电自动化与继电保护配合的配电网故障处理探究 自动化变电站微机保护若干问题探讨 对提高110kV变电站自动化系统安全运行的几点建议 智能电网调度的自动化和可视化研究 关于对选煤厂工业自动控制的研究 基于广播发射机自动监测系统的设计与实现的探究 自动电压控制系统(AVC)在康巴什热电厂的改进与应用 电梯 感谢你的阅读和下载 *资源、信息来源于网络。本文若侵犯了您的权益，请留言或者发站内信息。我将尽快删除。*