双足竞步机器人设计及其步态规划研究

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1、山东理‘T大学硕l‘学位论文摘要本文对双足竞步机器人机械结构、控制系统进行设计并对其步态规划进行研究，成果成功应用于全国机器人大赛双足竞步机器人项目竞赛中。首先，对双足竞步机器人的自由度进行配置；根据自由度的配置把机器人的机械结构分为脚部、膝部、胯部、躯干部四个模块，对其进行模块化设计与制造；利用UGNX软件进行实体建模，生成各个模块的钣金展开图；对各个模块进行加工和装配，得到双足竞步机器人实体。其次，在分析舵机控制原理的基础上，提出了PWM信号生成方法合理性评价四原则，．实现了对各种生成PWM信号的方法全面而又具体的评价；首次提出了利用分时成组原理进行PWM信号生成的

2、方法，生成的PWM信号不仅具有较好的输出同步性、周期可适应性和良好的占空比可调性，而且具有较强的信号输出能力。然后，根据分时成组原理，利用C8051F040单片机作为主控芯片，在ProtelDXP软件中进行了控制系统电路原理图和PCB板图的绘制；利用KeiluVision2软件实现了控制程序的编写。最后，利用Denavit--Hartenberg规则对双足竞步机器人进行运动学建模；在运动学模型的基础上利用齐次变换矩阵进行了运动学方程的建立；根据步态规划的相关参数，利用Matlab软件求解并仿真出各关节自由度的轨迹曲线；采用离线规划——在线调整方式对双足竞步机器人的关节运

3、动轨迹进行修正，得到平滑而稳定的步态轨迹。关键词：双足竞步机器人；分时成组；运动学建模；步态规划AbstractMechanism，controlsystemandgaitplanningdesignofbipedheel—and-toerobotweredesignedinthepaperandtheywereusedsuccessfullyinthe10mChinaRobotCompetitionandtheRoboCupChinaOpen2008．FirstlV，sixdegreesoffreedomweredistributedovertherobot．Them

4、echanismdesignwasdividedintofourmodules：footmodule，kneemodule，hipmoduleandtrunkmodule．EntitymodelwasbuiltbasedonUG．Atlast，therobotwasmanufacturedandassembled．InordertoevaluatedifferentmethodsofgeneratingPWM(PulseWidthModulmion)signalconcretelyandall—sidedly，fourappraisingprincipleswerepu

5、tforward．Theprincipleoftimesharingandbatchprocessingwasraisedforthefirsttime．Onemethod，bywhichPWMwasgeneratedinthecontrolofservosbasedonC8051F040，wasdesignedbythisprinciple．Andthen，thismethodwasevaluatedbythefourappraisingprinciples．Thecorrectnessoftheevaluationwastestifiedinpractice．The

6、n．theschematiccircuitdiagramandPCBofthecontrolsystemweredesignedintheprotelDXP．ThesoftwareofthecontrolsystemwascompiledinKeiluVision2．Finally，thekinematicmodelofthebipedheel—and-toerobotwasconstructedbvusingtheDenavit--Hartenbergformula．AseriesofkinematicsequationSarededucedbymeansofhomo

7、geneoustransformationmatrix．Matlabwasusedtosolveandsimulatethecurveofdescriptionthekinematictrajectory．Thetrajectorywasadjustedwiththemethodof“Off-lineplanning，On_lineadjustment”inordertogetthesmoothandsteadygait．Keywords：bipedheel．．and．．toerobot；timesharingandbatchproces