1、 行走机器人行走机器人功能功能分析与调试分析与调试 I 摘要摘要： 虽然机器人的研究、制作和使用已经有几十年的历史,但是双足直立行 走的机器人世界上很少。主要因为稳定性控制及双足行走控制非常复杂,但 为了研究出与人更加接近的机器人,这是必须克服的难关。主要是解决直立 行走机器人腿部平衡的问题,包括硬件设计和软件的设计,侧重于对硬件的 设计,即着重介绍直立行走机器人腿部平衡系统的相关知识、设计目的、设 计思路、方案的确定、原理设计及分析、硬件调试。行走机器人是最典型 的机电一体化数字化装备,是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工 智能等多学科先进技术于一体的智能机器人。它代表了机器人的尖端技
2、术, 是当代科技的研究热点之一。目前,国内双足机器人研究与世界先进水平相 比还有较大差距,特别是在教学机器人方面的研究更是寥寥无几。为改善这 种局面,提高我国高校师生的综合技能,本论文在研制教学双足机器人方面 进行了有益的尝试和大胆的实践,设计并制作出了一款适用于高校教学开 发使用的小型双足行走机器人。 本文详细阐述了双足机器人机构设计和控 制系统的研发过程,包括控制系统的硬件电路设计和制作,机器人双足的外 形设计与加工,以及双足行走机器人的驱动和控制技术。结合对人类行走步 态的研究,规划了双足机器人行走的姿态及轨迹,推导了双足机器人稳定步 行的条件,并据此进行了实物实验,实现了稳定的低速静态
3、步行。 本论文重 点讨论了静态步行的算法设计和仿真,详细分析了基于零力矩点的双足机 器人动态步行运动规划方法,根据运动学约束条件计算出各个关节的运动 轨迹。使用 Matlab 软件,以 ZMP 点的轨迹作为约束条件,进行了前向离线规 划试验和ZMP误差补偿试验,实验证明本文所采用的步态规划方法可以满足 机器人连续稳定行走的要求。教学双足机器人运动平稳,系统控制精度高, 具有良好的教学功能和广阔的应用开发前景。 本文针对教学双足行走机器 人方面进行了深入的研究,对他人今后进行教学双足机器人的研究提供了 一套系统的研究方法,对同行具有借鉴和引导作用。 II 目录目录 序 . 1 1、自动机器人平台
4、总述 2 1.1 自动机器人平台的总体构成 3 1.2 自动机器人平台按键部分 . 4 1.3 机器人平台的充电 4 2、自动机器人平台系统结构 . 4 2.1 自动机器人平台机械部分 . 4 2.1.1 机器人平台机械部分组成. 4 2.1.2 机器人平台运动详解 5 2.2 自动机器人平台控制系统 . 6 2.2.1 概述 6 3、自动机器人平台的装配和调试 13 3.1 机器人装配过程 . 13 3.1.1 主动轮电机装配. 13 3.1.2 电机安装至铝合金架板 13 3.1.3 从动轮及传感器安装 13 3.1.4 电路板的安装 13 3.2 机器人平台的调试 14 4、可行性的上部
5、机器手臂设计方案. 14 5、驱动软件的编写及调试. 17 6、取得的成果 38 序序 2012年2月，在寒假期间，比赛用机器人平台运抵学校，学校验收后交 付使用，3月份开学初，我和于长波组织学生开始筹备学习机器人平台的使 用，研究了平台的硬件电路和软件程序的编写，因今年机器人比赛的题目没 定下来，只能等待。2012年5月16日接到全国职业院校技能大赛规程，离正 式比赛仅有20天。需要添购通讯模块等部分设备，否则不准参赛，之后立即 申报购买部分设备，包括通讯模块，交通灯，工件，电源等，同时组织学生 学习研究通讯模块用法，并对参赛规程进行分析，规划比赛场地，制定可行 性设计方案， 三易其稿并着手
6、采购机器人上部机构零件。 期间攻坚克难无数， 同学们非常辛苦。在规划场地时，比赛场地尺寸：大小为8米*6米。其中外 围档板高10cm，材质为木工板，上面贴有30mm宽的白色引导条。我们采用普 通透明胶带加普通打印纸来代替比赛用的白色一道条，实验室场地场地不够 大，仅有6米*5米多。怎么办，若对每个方格都按比例缩小，那么小车将无 法完成正常转向，我们分析比赛规则后，规划出小车的理想行驶轨迹，把部 分不重要的方格由原来的0.5米*0.5米压缩到0.5米*0.2米，这样原来的的正 方形格畸变成长方形，整个比赛场地严重变形，经过大家的多次精密计算， 最终解决了比赛模拟场地面积不够的问题，同时白色导条也以最小的经济成 本得以解决。 2 之后我们分析了机器人上部机构传动形式，分析各种电机的运动特点，排除 了使用伺服电机，直流减速电机等驱动形式。查找各种电机的型号，价位并 上网采购步进电机及其配套的驱动器，之后又分析链条，齿轮，导条的传动 的特点，确定采用导条为支撑和传动骨架，并上网查找配件型号同时进行采 购。咨询多位老教师（卢恩贵，李瑞春，魏国江等） ，排除了谐波齿轮，滚 珠丝杠等多种传
