一種小型雙足人形機(jī)器人平臺的研究與開發(fā)

　　人形機(jī)器人是近年來發(fā)展起來的高新技術(shù)密集的機(jī)電一體化產(chǎn)品，是集機(jī)構(gòu)學(xué)、傳感技術(shù)、控制理論與技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)等多學(xué)科技術(shù)為一體綜合性平臺。其中，人形機(jī)器人實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定的雙足行走，對擴(kuò)展機(jī)器人操作器的工作空間和促進(jìn)康復(fù)醫(yī)學(xué)、仿生學(xué)、人工智能、計算機(jī)圖形學(xué)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展具有重要的理論意義和實用價值。本文的主要工作是對小型雙足人形機(jī)器人的軟、硬件平臺及步態(tài)規(guī)劃進(jìn)行了研究和開發(fā)，具體包括以下幾個方面： 1.機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件平臺總體方案設(shè)計基于雙足人形機(jī)器人控制系統(tǒng)的要求，選擇了具有21個自由度的HGR-4M機(jī)器人作為機(jī)械本體，確定了主控機(jī)和感知傳感器的型號；以AVR單片機(jī)芯片—AT90CAN128為核心，設(shè)計了運動控制器硬件電路，實現(xiàn)了實時控制21路舵機(jī)和實時采集傳感器信號的雙重實時任務(wù)。以CAN總線、RS232和RS485為通訊方式，對HG14-M舵機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計了適用于機(jī)器人分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的新型伺服舵機(jī)，可減輕機(jī)器人布線的難度。 2.機(jī)器人軟件系統(tǒng)開發(fā)完成了驅(qū)動運動控制器硬件電路的各個模塊底層驅(qū)動程序的編程，包括無線遙控模塊驅(qū)動程序、串口通信驅(qū)動程序、CAN總線驅(qū)動程序、加速度計模塊驅(qū)動程序、陀螺儀模塊驅(qū)動程序；應(yīng)用AT90CAN128芯片的8位定時器，實現(xiàn)了運動控制器傳感器實時信號采集和舵機(jī)實時控制的核心程序設(shè)計，主控機(jī)實時接收、處理傳感器數(shù)據(jù)，判定機(jī)器人姿態(tài)；為了方便快捷地調(diào)試機(jī)器人的動作，設(shè)計了機(jī)器人動作調(diào)試軟件，此軟件可以實現(xiàn)對機(jī)器人各個關(guān)節(jié)的單獨控制和獲取機(jī)器人各個關(guān)節(jié)位置信息。 3.基于幾何簡化模型的步態(tài)規(guī)劃采用基于幾何簡化模型的方法，實驗確定了雙足人形機(jī)器人基本步態(tài)的關(guān)節(jié)運動參數(shù)，實現(xiàn)了側(cè)行、前進(jìn)、轉(zhuǎn)身、倒地爬起等基本動作；分析了影響機(jī)器人穩(wěn)定性的主要因素，主要包括機(jī)械誤差、舵機(jī)誤差、電源穩(wěn)定性等因素，并給出了一些提高人形機(jī)器人穩(wěn)定性的方法和建議。