競賽用雙足機器人整機設(shè)計與步態(tài)規(guī)劃仿真.pdf

1、自機器人技術(shù)出現(xiàn)以來，由于其不僅能夠適應(yīng)高強度、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，對提升人類生活質(zhì)量以及生產(chǎn)效率所具有的寶貴價值，機器人技術(shù)的研究在科技發(fā)展史上具有重要意義。雙足機器人技術(shù)近幾年發(fā)展尤其迅速，一臺能夠適應(yīng)各種地形環(huán)境的智能雙足機器人在各個領(lǐng)域都具有極大的發(fā)展前景與應(yīng)用價值，是各國科學技術(shù)研究的熱點。本文依托于中國機器人大賽暨國際公開賽Robocup平臺，根據(jù)比賽的規(guī)則與對參賽雙足機器人的要求，首先分析與

2、確定雙足機器人的整體結(jié)構(gòu)，再對其硬件系統(tǒng)以及軟件系統(tǒng)進行研究設(shè)計，然后利用Solidworks和Matlab對雙足機器人進行三維建模、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，并制作出實體樣機進行試驗，參加比賽。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴機械結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，完成了雙足機器人整機結(jié)構(gòu)設(shè)計與制作。針對往年雙足機器人結(jié)構(gòu)上的缺陷進行分析，并對機器人頭部與腳板等各模塊化連接件的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，針對機器人重要零部件的選材，從

3、3D打印的樹脂材料更換到數(shù)控切割的鋁制板材，并對驅(qū)動舵機進行對比挑選，最終使用AX-12舵機作為雙足機器人驅(qū)動元件。⑵控制系統(tǒng)設(shè)計方面，完成了雙足機器人模塊化硬件與控制軟件的制作。對硬件電路的設(shè)計分為主控板和通訊板兩部分，其中主控板芯片采用C8051F310型號單片機，軟件控制采取利用 VC++編程、VC調(diào)試軟件通過上位機調(diào)試，并記錄雙足機器人的步行姿態(tài)數(shù)據(jù)，結(jié)合下位機控制系統(tǒng)利用C語言進行編程，然后針對優(yōu)化舵機的控制響應(yīng)進行PID與模

4、糊PID控制仿真對比，最后通過試驗調(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）軌跡作為判定雙足機器人平穩(wěn)步行的原則，首先利用D-H矩陣對雙足機器人整體結(jié)構(gòu)進行運動學建模并求解，結(jié)合人類步行步態(tài)與大賽規(guī)則對機器人進行步態(tài)規(guī)劃，然后完成了基于Motion軟件的雙足機器人步態(tài)仿真，最終得到一套行之有效的步行方案。⑷結(jié)合實際調(diào)試，設(shè)計出了一款能夠平穩(wěn)、快速行走并且可在較短時間內(nèi)完成大賽規(guī)定動作的雙足機器人，在實際比賽中，榮獲