两足机器人系统的研究与实现.ppt

* 多项式插值有四个插值点 * 轨迹插值有很多种方法。根据计算量和插值中的平滑程度划分为两种。其他类型包括高次多项式 B样条和摆线等，但因为计算量大等原因 不被广泛采用。为了使多个插值点间轨迹平滑流畅 但是又不增加阶次，分段多项式被广泛应用。在轨迹规划中要满足上述所说的约束，以下三种分段多项式插值最为 * /43 /43 /43 /43 /43 /43 /43 /43 /43 /43 /43 /43 两足机器人系统的研究与实现 内容介绍 委托项目的内容 1 设计要求及概述 2 机器人机械结构设计 3 驱动及控制元件选择 4 步态规划与仿真 5 /17 * * 预算 4 6 1 委托项目内容 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。 本课题的具体工作 1、完成空间不少于19个自由度的人型机器人结构设计及实现。 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功能 /17 * * 2 设计要求及概述 /17 * * 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 /17 * * 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  /17 * * 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。 /17 * * 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=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。 /17 * * 双足机器人在头部设计1个自由度。这样就一共19个自由度。如图所示。 4 驱动及控制元件选择 /17 * * 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。 /17 * * 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系列单片机ATmegal28作为控制芯片。 /17 * * 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 头部设计 5 步态规划与仿真 /17 * * 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 一字步态 /17 * * 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。 ? /17 * * /17 * * 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(