競賽用雙足機器人整機設計與步態(tài)規(guī)劃仿真.pdf

1、自機器人技術出現以來，由于其不僅能夠適應高強度、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，對提升人類生活質量以及生產效率所具有的寶貴價值，機器人技術的研究在科技發(fā)展史上具有重要意義。雙足機器人技術近幾年發(fā)展尤其迅速，一臺能夠適應各種地形環(huán)境的智能雙足機器人在各個領域都具有極大的發(fā)展前景與應用價值，是各國科學技術研究的熱點。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構，再對其硬件系統(tǒng)以及軟件系統(tǒng)進行研究設計，然后利用Solidworks和Matlab對雙足機器人進行三維建模、步態(tài)仿真與數據分析，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。
　　本研究主要內容包括：⑴機械結構設計方面，完成了雙足機器人整機結構設計與制作。針對往年雙足機器人結構上的缺陷進行分析，并對機器人頭部與腳板等各模塊化連接件的結構進行優(yōu)化設計，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控切割的鋁制板材，并對驅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動元件。⑵控制系統(tǒng)設計方面，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調試軟件通過上位機調試，并記錄雙足機器人的步行姿態(tài)數據，結合下位機控制系統(tǒng)利用C語言進行編程，然后針對優(yōu)化舵機的控制響應進行PID與模

4、糊PID控制仿真對比，最后通過試驗調試得出一套穩(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構進行運動學建模并求解，結合人類步行步態(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結合實際調試，設計出了一款能夠平穩(wěn)、快速行走并且可在較短時間內完成大賽規(guī)定動作的雙足機器人，在實際比賽中，榮獲