兩足機(jī)器人系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

1、兩足機(jī)器人系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)兩足機(jī)器人系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)內(nèi)容介紹內(nèi)容介紹 委托項(xiàng)目的內(nèi)容委托項(xiàng)目的內(nèi)容 1設(shè)計(jì)要求及概述設(shè)計(jì)要求及概述 2機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3驅(qū)動(dòng)及控制元件選擇驅(qū)動(dòng)及控制元件選擇 4步態(tài)規(guī)劃與仿真步態(tài)規(guī)劃與仿真 5/172021-12-142預(yù)算預(yù)算461 委托項(xiàng)目?jī)?nèi)容委托項(xiàng)目?jī)?nèi)容 v項(xiàng)目?jī)?nèi)容項(xiàng)目?jī)?nèi)容研制一套雙足人形機(jī)器人及其控制系統(tǒng)，機(jī)器人能夠在研制一套雙足人形機(jī)器人及其控制系統(tǒng)，機(jī)器人能夠在自主狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)前后平穩(wěn)行走、單腿站立、側(cè)向平移、自主狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)前后平穩(wěn)行走、單腿站立、側(cè)向平移、左右轉(zhuǎn)向行走、前后翻滾以及標(biāo)準(zhǔn)的體操動(dòng)作等功能。左右轉(zhuǎn)向行走、前后翻滾以及

2、標(biāo)準(zhǔn)的體操動(dòng)作等功能。v本課題的具體工作本課題的具體工作1、完成空間不少于、完成空間不少于19個(gè)自由度的人型機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及個(gè)自由度的人型機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)。2、 完成機(jī)器人控制系統(tǒng)軟件調(diào)試，實(shí)現(xiàn)傳感器的數(shù)據(jù)采完成機(jī)器人控制系統(tǒng)軟件調(diào)試，實(shí)現(xiàn)傳感器的數(shù)據(jù)采集與驅(qū)動(dòng)封裝。集與驅(qū)動(dòng)封裝。3、完成機(jī)器人平衡算法，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的平衡及運(yùn)動(dòng)控制、完成機(jī)器人平衡算法，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的平衡及運(yùn)動(dòng)控制功能功能 /172021-12-1432 設(shè)計(jì)要求及概述 /172021-12-144 機(jī)器人模型為多自由度雙足機(jī)器人，由于有著多個(gè)自由度而能行走自如，能做出復(fù)雜而以靈活的動(dòng)作，關(guān)節(jié)間用精敏的舵機(jī)，靠功能強(qiáng)大的

3、單片機(jī)來(lái)控制多個(gè)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)程序設(shè)計(jì)來(lái)達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的角度，以實(shí)現(xiàn)雙足行走和各種動(dòng)作的完成實(shí)現(xiàn)。 機(jī)器人頭上裝有可測(cè)量障礙物距離的傳感器，傳感器傳回的測(cè)量信號(hào)通過(guò)單片機(jī)處理后按一定的算式計(jì)算來(lái)得到實(shí)際的距離，以實(shí)現(xiàn)測(cè)距避障；3 機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)/172021-12-145 機(jī)械設(shè)計(jì)主要涉及的是結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，自由度的分配。而結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)，包含機(jī)器人的外形，整體尺寸的大小及比例關(guān)系，材料的選擇；機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮各電機(jī)的連接方式，運(yùn)動(dòng)間的關(guān)系；自由度的分配設(shè)計(jì)各個(gè)關(guān)節(jié)的位置布局以其各關(guān)系的相對(duì)關(guān)聯(lián)。 雙足機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)需要相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并且設(shè)計(jì)一個(gè)舵

4、機(jī)控制一個(gè)自由度。關(guān)節(jié)與關(guān)節(jié)間的連接選擇質(zhì)量輕、強(qiáng)度合適的鋁合金板材。通過(guò)鋁合金的鏈接和固定來(lái)構(gòu)造整個(gè)機(jī)器人。自由度的配置自由度的配置 v /172021-12-146下肢自由度：下肢自由度：下肢行走是機(jī)構(gòu)是機(jī)器人組關(guān)鍵部分，關(guān)系著機(jī)器人是否可以直立穩(wěn)定行走。設(shè)計(jì)使用10個(gè)自由度來(lái)實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目要求功能。其中2*3=6個(gè)自由度負(fù)責(zé)前行運(yùn)動(dòng)，2*1=2個(gè)自由度負(fù)責(zé)側(cè)向運(yùn)動(dòng)，2*1=2個(gè)自由度負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)向。配置方案見(jiàn)圖。/172021-12-147上肢自由度：上肢自由度：上肢是機(jī)器人的執(zhí)行部件，同時(shí)維持機(jī)器人的平衡?？紤]到行走時(shí)期望重心與實(shí)際重心之間的差值，在肩部設(shè)計(jì)2*2=4個(gè)自由度。考慮到靈活性，在肘關(guān)

5、節(jié)設(shè)計(jì)2*1=2個(gè)自由度，在手腕處設(shè)計(jì)2個(gè)自由度，共計(jì)8個(gè)自由度，如圖所示。/172021-12-148雙足機(jī)器人在頭部設(shè)計(jì)雙足機(jī)器人在頭部設(shè)計(jì)1個(gè)自由度。這樣就一個(gè)自由度。這樣就一共共19個(gè)自由度。如圖所示。個(gè)自由度。如圖所示。4 驅(qū)動(dòng)及控制元件選擇 /172021-12-149驅(qū)動(dòng)的選擇：驅(qū)動(dòng)的選擇：考慮到控制、扭矩、體積、價(jià)格等各方面的因素，并參考已開(kāi)發(fā)機(jī)器人的成熟經(jīng)驗(yàn)。采用輝盛公司的9克舵機(jī)作為關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)元件。舵機(jī)包含一個(gè)小型馬達(dá)、驅(qū)動(dòng)器、控制板。如圖 所示。/172021-12-1410控制元件的選擇：控制元件的選擇：考慮到要對(duì)多個(gè)舵機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，所用單片機(jī)串口要多。暫時(shí)選擇ATM

6、EL公司的AVR系列單片機(jī)ATmegal28作為控制芯片。/172021-12-1411傳感器的選擇：傳感器的選擇：選用功能強(qiáng)大的GP2D12可測(cè)距傳感器。工作中，根據(jù)白色與黑色的反射率不同來(lái)辨別軌跡；避障工作中，根據(jù)傳感器前方有物體時(shí)有反射信號(hào)到達(dá)接收管來(lái)獲得觸發(fā)信號(hào)。這里使用紅外發(fā)射和接收管，組成紅外傳感陣列來(lái)進(jìn)行環(huán)境判斷，實(shí)現(xiàn)循跡、避障、測(cè)距的功能。頭部傳感器頭部傳感器頭部設(shè)計(jì)頭部設(shè)計(jì)5 步態(tài)規(guī)劃與仿真步態(tài)規(guī)劃與仿真/172021-12-1412 機(jī)器人行走要穩(wěn)定和流暢，其行走步態(tài)的設(shè)計(jì)也是一個(gè)重要方面。除了行走過(guò)程中舵機(jī)動(dòng)作的先后，其行走過(guò)程簡(jiǎn)單來(lái)講有兩種。平行步態(tài)平行步態(tài)一字步態(tài)一字

7、步態(tài)/172021-12-1413若條件允許，在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)機(jī)器人物理樣機(jī)進(jìn)行仿真。在移動(dòng)式機(jī)器人模擬軟件Webots中搭建機(jī)器人平臺(tái)，讓后用C+編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)前后平穩(wěn)行走、單腿站立、側(cè)向平移、左右轉(zhuǎn)向行走、前后翻滾以及標(biāo)準(zhǔn)的體操動(dòng)作的驅(qū)動(dòng)程序，檢驗(yàn)其是否能完成要求的動(dòng)作。仿真成功后再將編好的程序應(yīng)用到搭建好的機(jī)器人中。 /172021-12-1414/172021-12-1415元件簡(jiǎn)介價(jià)格機(jī)器人框架鋁合金材質(zhì)，重量輕500輝盛MG90S舵機(jī)體積?。?3*12.2*29mm），重量輕（14g），扭矩大（2.4kg/cm(4.8v) 2.8kg/cm(6v)）25*20三軸陀螺儀三軸陀螺儀能同時(shí)測(cè)定6個(gè)方向的位置，移動(dòng)軌跡，加速。3軸的體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性好。20三軸加速度傳感器三軸加速度傳感器的好處就是在預(yù)先不知道物體運(yùn)動(dòng)方向的場(chǎng)合下，只有應(yīng)用三維加速度傳感器來(lái)檢測(cè)加速度信號(hào)。三維加速度傳感器具有體積小和重量輕特點(diǎn)，可以測(cè)量空間加速度，能夠全面準(zhǔn)確反映物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)。超聲波測(cè)距傳感器感應(yīng)角度：小于15度探測(cè)角度：2cm4