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作为机器人领域研究的热点,双足步行机器人汇集了机械工程、电子工程、计算机工程、信息工程、自动控制工程以及人工智能和仿生学等多种学科的尖端技术,是目前科技发展最活跃的领域之一。本文旨在设计一种机构简单、成本较低的双足步行机器人平台,在此基础上对双足步行机器人的步行机理进行研究,为进一步设计自主的智能双足人形机器人积累经验。
本文在分析了步行运动状态的基础上,确定了双足步行机器人自由度的分配,同时在比较各种驱动装置优缺点的基础上,选择了精度高,维修简单且易于程序控制和集中控制的舵机作为驱动器,然后根据特定的结构特征构建了双足步行机器人的基本框架,并用三维建模软件Unigraphics 建立了双足步行机器人的实体模型。
针对所设计的本体机构建立双足步行机器人的虚拟样机模型,并按照实际环境,给模型添加了运动学参数、质量特性参数、力学特性参数等外部环境,建立了双足步行机器人的虚拟环境,并设计了进行姿态测试实验的虚拟平台。
在进行了多次虚拟步行试验后确定了其步行过程中的几个关键姿态,然后基于ZMP 稳定性条件,采用五次多项式插值法对离散的关节姿态进行插值,构建了步态规划函数。
基于ADAMS 对规划出的结果进行动力学仿真。通过仿真,验证了规划方法的可行性,仿真结果的关节运动曲线可以为实际运动提供参考依据。
针对只有下肢的12 自由度双足步行机器人,采用PC 机为上位机,MCU 和CPLD为下位机,设计了双足步行机器人的硬件控制系统。
本文所设计的双足步行机器人可以应用于教学实验和科学研究,同时也为开发自主的智能双足人形机器人积累了经验。