雙足溜冰機器人控制系統(tǒng)設計與步態(tài)規(guī)劃研究.pdf

1、隨計算機、傳感器、自動控制、材料、人工智能等技術的發(fā)展，移動機器人在軍事、航空航天、制造、能源和服務等領域獲得廣泛應用。由于單一結(jié)構(gòu)的移動機器人難以同時獲得輕重量、高能量效率、高運行速度、高地形適應性和高穩(wěn)定性等優(yōu)點，國內(nèi)外進行了混合結(jié)構(gòu)移動機器人的研究并制成一批樣機。　　 雙足溜冰機器人作為一種腿輪混合式結(jié)構(gòu)移動機器人，可以提高機器人機動性和節(jié)省能源。同時溜冰機器人又是一個很好的研究模型，為控制理論的應用及運動學、動力學問題的

2、研究提供了廣闊的天地。溜冰機器人是一個多變量、強耦合、非線性和變結(jié)構(gòu)的復雜系統(tǒng)，對于其控制方法、步態(tài)規(guī)劃和動力學問題的研究來說具有很大的挑戰(zhàn)性?！　?作者在國內(nèi)第一臺雙足溜冰機器人樣機的基礎上，研究了溜冰機器人的控制系統(tǒng)，葫蘆步步態(tài)下溜冰機器從的簡化數(shù)學模型，以及步態(tài)設計等幾個問題。　　 本文中雙足溜冰機器人的數(shù)學模型，是在吸收前人研究步行機器人的建模方法基礎上，針對葫蘆步步態(tài)溜冰時的運動特點建立的簡化模型。減輕了模型的

3、復雜程度，使該模型簡單易求角，利于對溜冰機器人在該種步態(tài)上進行更深入的研究?！　?本文根據(jù)人體運動規(guī)律，設計出了雙足溜冰機器人的葫蘆步溜冰步態(tài)。在雙足溜冰機器人步態(tài)的研究中，本文采用攝影的方法獲取人的溜冰步態(tài)數(shù)據(jù)，通過圖象處理和數(shù)據(jù)分析獲取人體溜冰運動的主要特征的規(guī)律。然后結(jié)合機器人自身結(jié)構(gòu)特點，對溜冰動作進行簡化和分解處理，設計出符合機器人自身特點的、切實可行的溜冰步態(tài)。對于雙足溜冰機器人的運動穩(wěn)定性，本文從姿態(tài)穩(wěn)定性的角度，

4、依據(jù)ZMP理論分析出了機器人運動過程中的姿態(tài)穩(wěn)定性區(qū)域，推導出了機器人溜冰的穩(wěn)定性條件，為進一步研究提供了思路。　　 機器人的控制系統(tǒng)是步態(tài)規(guī)劃實現(xiàn)的基礎和平臺，其設計將關系到機器人控制模型和規(guī)劃步態(tài)的設計與實現(xiàn)。本文設計了以計算機為上位機、多個單片機共同作為下位機、分布式無線通訊的雙足溜冰機器人控制系統(tǒng)。其設計工作主要包括：溜冰機器人的硬件電路設計、機器人的底層控制程序編寫，通訊協(xié)議制定，以及基于該機器人具體機構(gòu)和硬件系統(tǒng)的雙