競(jìng)賽用雙足機(jī)器人整機(jī)設(shè)計(jì)與步態(tài)規(guī)劃仿真.pdf

1、自機(jī)器人技術(shù)出現(xiàn)以來(lái)，由于其不僅能夠適應(yīng)高強(qiáng)度、極端環(huán)境下的工作還可以幫助人們減少生活中的繁雜瑣事，對(duì)提升人類生活質(zhì)量以及生產(chǎn)效率所具有的寶貴價(jià)值，機(jī)器人技術(shù)的研究在科技發(fā)展史上具有重要意義。雙足機(jī)器人技術(shù)近幾年發(fā)展尤其迅速，一臺(tái)能夠適應(yīng)各種地形環(huán)境的智能雙足機(jī)器人在各個(gè)領(lǐng)域都具有極大的發(fā)展前景與應(yīng)用價(jià)值，是各國(guó)科學(xué)技術(shù)研究的熱點(diǎn)。本文依托于中國(guó)機(jī)器人大賽暨國(guó)際公開(kāi)賽Robocup平臺(tái)，根據(jù)比賽的規(guī)則與對(duì)參賽雙足機(jī)器人的要求，首先分析與

2、確定雙足機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)，再對(duì)其硬件系統(tǒng)以及軟件系統(tǒng)進(jìn)行研究設(shè)計(jì)，然后利用Solidworks和Matlab對(duì)雙足機(jī)器人進(jìn)行三維建模、步態(tài)仿真與數(shù)據(jù)分析，最后得到了一套平穩(wěn)、快速的步行方案，并制作出實(shí)體樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，參加比賽。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，完成了雙足機(jī)器人整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制作。針對(duì)往年雙足機(jī)器人結(jié)構(gòu)上的缺陷進(jìn)行分析，并對(duì)機(jī)器人頭部與腳板等各模塊化連接件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，針對(duì)機(jī)器人重要零部件的選材，從

3、3D打印的樹(shù)脂材料更換到數(shù)控切割的鋁制板材，并對(duì)驅(qū)動(dòng)舵機(jī)進(jìn)行對(duì)比挑選，最終使用AX-12舵機(jī)作為雙足機(jī)器人驅(qū)動(dòng)元件。⑵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，完成了雙足機(jī)器人模塊化硬件與控制軟件的制作。對(duì)硬件電路的設(shè)計(jì)分為主控板和通訊板兩部分，其中主控板芯片采用C8051F310型號(hào)單片機(jī)，軟件控制采取利用 VC++編程、VC調(diào)試軟件通過(guò)上位機(jī)調(diào)試，并記錄雙足機(jī)器人的步行姿態(tài)數(shù)據(jù)，結(jié)合下位機(jī)控制系統(tǒng)利用C語(yǔ)言進(jìn)行編程，然后針對(duì)優(yōu)化舵機(jī)的控制響應(yīng)進(jìn)行PID與模

4、糊PID控制仿真對(duì)比，最后通過(guò)試驗(yàn)調(diào)試得出一套穩(wěn)定的步行方案。⑶步態(tài)規(guī)劃方面，以ZMP（零力矩點(diǎn)）軌跡作為判定雙足機(jī)器人平穩(wěn)步行的原則，首先利用D-H矩陣對(duì)雙足機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)建模并求解，結(jié)合人類步行步態(tài)與大賽規(guī)則對(duì)機(jī)器人進(jìn)行步態(tài)規(guī)劃，然后完成了基于Motion軟件的雙足機(jī)器人步態(tài)仿真，最終得到一套行之有效的步行方案。⑷結(jié)合實(shí)際調(diào)試，設(shè)計(jì)出了一款能夠平穩(wěn)、快速行走并且可在較短時(shí)間內(nèi)完成大賽規(guī)定動(dòng)作的雙足機(jī)器人，在實(shí)際比賽中，榮獲