两足机器人系统的研究与实现

1、两足机器人系统的研究与实现两足机器人系统的研究与实现内容介绍内容介绍 委托项目的内容委托项目的内容 1设计要求及概述设计要求及概述 2机器人机械结构设计机器人机械结构设计 3驱动及控制元件选择驱动及控制元件选择 4步态规划与仿真步态规划与仿真 5/172021-6-172预算预算461 委托项目内容委托项目内容 v项目内容项目内容研制一套双足人形机器人及其控制系统，机器人能够在研制一套双足人形机器人及其控制系统，机器人能够在自主状态下实现前后平稳行走、单腿站立、侧向平移、自主状态下实现前后平稳行走、单腿站立、侧向平移、左右转向行走、前后翻滚以及标准的体操动作等功能。左右转向行走、前后翻滚以及标

2、准的体操动作等功能。v本课题的具体工作本课题的具体工作1、完成空间不少于、完成空间不少于19个自由度的人型机器人结构设计及个自由度的人型机器人结构设计及实现。实现。2、 完成机器人控制系统软件调试，实现传感器的数据采完成机器人控制系统软件调试，实现传感器的数据采集与驱动封装。集与驱动封装。3、完成机器人平衡算法，实现机器人的平衡及运动控制、完成机器人平衡算法，实现机器人的平衡及运动控制功能功能 /172021-6-1732 设计要求及概述 /172021-6-174 机器人模型为多自由度双足机器人，由于有着多个自由度而能行走自如，能做出复杂而以灵活的动作，关节间用精敏的舵机，靠功能强大的单片机

3、来控制多个电机的运动，通过程序设计来达到控制电机转动相应的角度，以实现双足行走和各种动作的完成实现。 机器人头上装有可测量障碍物距离的传感器，传感器传回的测量信号通过单片机处理后按一定的算式计算来得到实际的距离，以实现测距避障；3 机器人机械结构设计机器人机械结构设计/172021-6-175 机械设计主要涉及的是结构的设计，机构设计，自由度的分配。而结构的设计是设计机器人的整体结构，包含机器人的外形，整体尺寸的大小及比例关系，材料的选择；机构设计考虑各电机的连接方式，运动间的关系；自由度的分配设计各个关节的位置布局以其各关系的相对关联。 双足机器人各个关节需要相对运动，并且设计一个舵机控制一

4、个自由度。关节与关节间的连接选择质量轻、强度合适的铝合金板材。通过铝合金的链接和固定来构造整个机器人。自由度的配置自由度的配置 v /172021-6-176下肢自由度：下肢自由度：下肢行走是机构是机器人组关键部分，关系着机器人是否可以直立稳定行走。设计使用10个自由度来实现项目要求功能。其中2*3=6个自由度负责前行运动，2*1=2个自由度负责侧向运动，2*1=2个自由度负责转向。配置方案见图。/172021-6-177上肢自由度：上肢自由度：上肢是机器人的执行部件，同时维持机器人的平衡。考虑到行走时期望重心与实际重心之间的差值，在肩部设计2*2=4个自由度。考虑到灵活性，在肘关节设计2*1

5、=2个自由度，在手腕处设计2个自由度，共计8个自由度，如图所示。/172021-6-178双足机器人在头部设计双足机器人在头部设计1个自由度。这样就一个自由度。这样就一共共19个自由度。如图所示。个自由度。如图所示。4 驱动及控制元件选择 /172021-6-179驱动的选择：驱动的选择：考虑到控制、扭矩、体积、价格等各方面的因素，并参考已开发机器人的成熟经验。采用辉盛公司的9克舵机作为关节的驱动元件。舵机包含一个小型马达、驱动器、控制板。如图 所示。/172021-6-1710控制元件的选择：控制元件的选择：考虑到要对多个舵机进行运动控制，所用单片机串口要多。暂时选择ATMEL公司的AVR系

6、列单片机ATmegal28作为控制芯片。/172021-6-1711传感器的选择：传感器的选择：选用功能强大的GP2D12可测距传感器。工作中，根据白色与黑色的反射率不同来辨别轨迹；避障工作中，根据传感器前方有物体时有反射信号到达接收管来获得触发信号。这里使用红外发射和接收管，组成红外传感阵列来进行环境判断，实现循迹、避障、测距的功能。头部传感器头部传感器头部设计头部设计5 步态规划与仿真步态规划与仿真/172021-6-1712 机器人行走要稳定和流畅，其行走步态的设计也是一个重要方面。除了行走过程中舵机动作的先后，其行走过程简单来讲有两种。平行步态平行步态一字步态一字步态/172021-6

7、-1713若条件允许，在设计过程中对机器人物理样机进行仿真。在移动式机器人模拟软件Webots中搭建机器人平台，让后用C+编写实现前后平稳行走、单腿站立、侧向平移、左右转向行走、前后翻滚以及标准的体操动作的驱动程序，检验其是否能完成要求的动作。仿真成功后再将编好的程序应用到搭建好的机器人中。 /172021-6-1714/172021-6-1715元件简介价格机器人框架铝合金材质，重量轻500辉盛MG90S舵机体积小（23*12.2*29mm），重量轻（14g），扭矩大（2.4kg/cm(4.8v) 2.8kg/cm(6v)）25*20三轴陀螺仪三轴陀螺仪能同时测定6个方向的位置，移动轨迹，加速。3轴的体积小、重量轻、结构简单、可靠性好。20三轴加速度传感器三轴加速度传感器的好处就是在预先不知道物体运动方向的场合下，只有应用三维加速度传感器来检测加速度信号。三维加速度传感器具有体积小和重量轻特点，可以测量空间加速度，能够全面准确反映物体的运动性质。超声波测距传感器感应角度：小于15度探测角度：2cm45