雙足溜冰機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與步態(tài)規(guī)劃研究.pdf

1、隨計(jì)算機(jī)、傳感器、自動(dòng)控制、材料、人工智能等技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)機(jī)器人在軍事、航空航天、制造、能源和服務(wù)等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。由于單一結(jié)構(gòu)的移動(dòng)機(jī)器人難以同時(shí)獲得輕重量、高能量效率、高運(yùn)行速度、高地形適應(yīng)性和高穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了混合結(jié)構(gòu)移動(dòng)機(jī)器人的研究并制成一批樣機(jī)。　　 雙足溜冰機(jī)器人作為一種腿輪混合式結(jié)構(gòu)移動(dòng)機(jī)器人，可以提高機(jī)器人機(jī)動(dòng)性和節(jié)省能源。同時(shí)溜冰機(jī)器人又是一個(gè)很好的研究模型，為控制理論的應(yīng)用及運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的

2、研究提供了廣闊的天地。溜冰機(jī)器人是一個(gè)多變量、強(qiáng)耦合、非線性和變結(jié)構(gòu)的復(fù)雜系統(tǒng)，對(duì)于其控制方法、步態(tài)規(guī)劃和動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的研究來(lái)說(shuō)具有很大的挑戰(zhàn)性?！　?作者在國(guó)內(nèi)第一臺(tái)雙足溜冰機(jī)器人樣機(jī)的基礎(chǔ)上，研究了溜冰機(jī)器人的控制系統(tǒng)，葫蘆步步態(tài)下溜冰機(jī)器從的簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型，以及步態(tài)設(shè)計(jì)等幾個(gè)問(wèn)題?！　?本文中雙足溜冰機(jī)器人的數(shù)學(xué)模型，是在吸收前人研究步行機(jī)器人的建模方法基礎(chǔ)上，針對(duì)葫蘆步步態(tài)溜冰時(shí)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)建立的簡(jiǎn)化模型。減輕了模型的

3、復(fù)雜程度，使該模型簡(jiǎn)單易求角，利于對(duì)溜冰機(jī)器人在該種步態(tài)上進(jìn)行更深入的研究?！　?本文根據(jù)人體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)出了雙足溜冰機(jī)器人的葫蘆步溜冰步態(tài)。在雙足溜冰機(jī)器人步態(tài)的研究中，本文采用攝影的方法獲取人的溜冰步態(tài)數(shù)據(jù)，通過(guò)圖象處理和數(shù)據(jù)分析獲取人體溜冰運(yùn)動(dòng)的主要特征的規(guī)律。然后結(jié)合機(jī)器人自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)溜冰動(dòng)作進(jìn)行簡(jiǎn)化和分解處理，設(shè)計(jì)出符合機(jī)器人自身特點(diǎn)的、切實(shí)可行的溜冰步態(tài)。對(duì)于雙足溜冰機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性，本文從姿態(tài)穩(wěn)定性的角度，

4、依據(jù)ZMP理論分析出了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的姿態(tài)穩(wěn)定性區(qū)域，推導(dǎo)出了機(jī)器人溜冰的穩(wěn)定性條件，為進(jìn)一步研究提供了思路?！　?機(jī)器人的控制系統(tǒng)是步態(tài)規(guī)劃實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)和平臺(tái)，其設(shè)計(jì)將關(guān)系到機(jī)器人控制模型和規(guī)劃步態(tài)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。本文設(shè)計(jì)了以計(jì)算機(jī)為上位機(jī)、多個(gè)單片機(jī)共同作為下位機(jī)、分布式無(wú)線通訊的雙足溜冰機(jī)器人控制系統(tǒng)。其設(shè)計(jì)工作主要包括：溜冰機(jī)器人的硬件電路設(shè)計(jì)、機(jī)器人的底層控制程序編寫(xiě)，通訊協(xié)議制定，以及基于該機(jī)器人具體機(jī)構(gòu)和硬件系統(tǒng)的雙