双足仿人机器人姿态规划的设计与开发

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仿人机器人的研究和发展体现了机器人科研领域的先端技术成果,全世界众多科学家和科研人员对于仿人机器人的探索与研究使其逐渐发展成为机器人学的一项重要分支。众所周知,机器人技术是综合多门检测技术和控制科学的研究领域,它的发展和进步需要依靠各科学领域理论知识和实践技术成果的支持。随着科技的发展和进步,机器人领域的研究进入了新时代,众多科研机构着手进行小型仿人机器人的科研任务,研制小型仿人机器人进行控制算法和理论的研究,不但节约了研发成本和时间,还能较好的完成科研任务。本课题旨在提出一种仿人机器人双足静态步行的步态设计和规划方法,以实验室自主研发的小型仿人机器人样机为载体,进行了控制系统的设计,样机数学模型的建立和运动学分析,通过仿人机器人静态步行实验,验证了提出的步态规划方法的可行性。首先,本文对机器人的控制系统进行了整体设计,提出系统的功能需求和控制指标;接下来设计了控制系统的硬件功能,对控制器及其功能电路进行设计选型并通过实验验证了其功能的合理性,选定了主控器电路板,设计了中间控制器电路板等;最后对控制系统软件构架进行了设计,根据各硬件功能模块编写了相应底层驱动程序,如舵机状态查询,电源电压检测,传感器数据接收与处理等,还建立了系统控制功能表,便于上位机查询和控制各硬件功能模块,加强了控制系统的可控性。其次,本文对仿人机器人样机的机构、关节驱动器及样机自由度配置做了介绍,以样机为例构建机器人数学模型,建立运动学方程并进行分析求解,用正运动学推导出机器人的位姿变换矩阵,通过逆运动学计算方式求解出机器人步行关键步态的关节角度。最后,本文提出了一种仿人机器人双足静态步行的步态规划方法。首先,本文介绍了双足静态步行的稳定性判据,然后对机器人步行环境进行分析和选择,接下来对样机静态步行参数进行规划和设定,参考人类步行轨迹,提出一种拟合曲线的步态规划方法,最后通过步行实验验证其可行性和通用性。
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