双足机器人制作及其步态运行

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小型舞蹈双足机器人的设计及实现

小型舞蹈双足机器人的设计及实现

小型舞蹈双足机器人的设计及实现
导言
随着科技的不断发展,机器人已经成为我们生活中不可或缺的一部分。

在舞蹈领域,
机器人也开始发挥重要的作用,可以通过编程和控制实现各种舞蹈动作。

本文将设计和实
现一个小型舞蹈双足机器人,通过结合机械结构设计、电子控制系统和编程算法,实现机
器人的舞蹈动作。

一、机器人的设计
1. 机械结构设计
机器人的机械结构设计是实现舞蹈动作的基础。

我们设计一种双足机器人,可以在平
稳的地面上进行舞蹈动作。

机器人的双足结构采用轻量、坚固的材料制作,同时保证机器
人的平衡性和稳定性。

双足机器人的关节部分采用柔性材料设计,可以实现多种舞蹈动作。

双足机器人的步态设计要符合舞蹈的节奏和韵律,能够实现舞蹈动作的美感和流畅度。

2. 电子控制系统设计
机器人的电子控制系统是实现舞蹈动作的关键。

我们设计一种基于脉冲宽度调制(PWM)的双足机器人控制系统,可以实现机器人的步态控制和舞蹈动作的编程控制。

控制系统采
用微处理器作为核心控制单元,可以实现舞蹈动作的实时控制和优化调整。

控制系统还需
要包括传感器模块,能够实时监测机器人的姿态和环境信息,保证机器人的稳定性和安全性。

3. 编程算法设计
机器人的舞蹈动作是通过编程算法进行控制和实现的。

我们设计一种基于动作规划和
运动控制的编程算法,可以实现机器人舞蹈动作的优化和实时调整。

编程算法需要考虑机
器人的动力学特性和机械结构特点,能够有效控制机器人的步态和姿态,实现各种舞蹈动作。

双足机器人步行原理

双足机器人步行原理

双足机器人步行原理双足机器人作为一种具有高度仿生性的机器人,其步行原理是其设计和运动的核心。

双足机器人的步行原理主要包括步态规划、动力学控制和传感器反馈三个方面。

下面将对这三个方面逐一进行介绍。

首先,步态规划是双足机器人步行的基础。

在步态规划中,需要确定双足机器人的步行轨迹、步频和步幅。

通过对双足机器人的步行轨迹进行规划,可以确保机器人在行走过程中保持平衡,避免摔倒和碰撞。

而步频和步幅的规划则可以使机器人在行走过程中保持稳定的速度和节奏。

通过合理的步态规划,双足机器人可以实现稳定、高效的步行运动。

其次,动力学控制是双足机器人步行的关键。

在动力学控制中,需要考虑双足机器人的力学特性和运动学特性,以实现对机器人步行过程中的力和力矩的精确控制。

动力学控制可以通过对双足机器人的关节和驱动器进行精确的控制,使机器人在行走过程中保持平衡和稳定。

同时,动力学控制还可以实现双足机器人在不同地形和环境中的适应性,使其能够应对各种复杂的行走场景。

最后,传感器反馈是双足机器人步行的重要保障。

通过搭载各种传感器,如惯性传感器、视觉传感器、力觉传感器等,可以实时获取双足机器人的姿态、速度、力和力矩等信息,从而为动力学控制提供准确的反馈。

传感器反馈可以使双足机器人实现实时的自适应控制,及时调整步行姿态和步行速度,保证机器人在行走过程中保持稳定和安全。

综上所述,双足机器人的步行原理涉及步态规划、动力学控制和传感器反馈三个方面,通过这三个方面的协同作用,可以实现双足机器人稳定、高效的步行运动。

未来,随着步行机器人技术的不断发展和完善,相信双足机器人将在更广泛的领域发挥重要作用,为人类生活和工作带来更多的便利和可能。

双足机器人步行原理

双足机器人步行原理

双足机器人步行原理
双足机器人步行原理基于仿生学和机器人控制理论,旨在模拟人类的步行运动。

它主要基于以下原理和控制策略:
1. 动态平衡控制:双足机器人在行走过程中需要保持动态平衡,这意味着机器人需要时刻根据自身的姿态、行走速度和地面情况来调整步态和控制力矩,以保持机体的稳定。

2. 步态规划:双足机器人的步态规划决定了每一步腿的运动轨迹和步频。

一般来说,机器人上半身的重心会向前倾斜,然后交替迈步。

步态规划需要考虑腿部的受力、身体姿态、地面摩擦力等多个因素。

3. 步态控制:基于步态规划,机器人需要实现对每一步的力矩控制和低级关节控制。

这意味着机器人需要根据颈部、腰部、髋部、膝关节和脚踝关节的传感器反馈信息来调整关节的输出力和控制策略。

4. 感知与反馈:双足机器人需要运用各种传感器来感知自身的状态和周围环境,例如倾斜传感器、压力传感器、陀螺仪等。

这些传感器的数据能够提供给控制系统供其根据需要调整步行姿势和控制力矩。

5. 动力学控制:双足机器人需要考虑自身的动力学特性,以及地面反作用力的影响。

动力学控制通过综合各种传感器信息和动力学模型来计算机器人每一步所需的力矩,以提供足够的力量来维持步行。

综上所述,双足机器人步行的原理涉及动态平衡控制、步态规划、步态控制、感知与反馈以及动力学控制等多个方面。

通过精确的控制策略和高度集成的感知系统,机器人能够模拟人类的步行运动,并具备稳定的步行能力。

双足机器人参数设计及步态控制算法

双足机器人参数设计及步态控制算法

制算法的改进方向,为未来的研究提供参考。
05
结论与展望
研究工作总结
01
参数设计优化
通过深入研究双足机器人的动力学特性和运动学要求,我们成功优化了
机器人的各项参数,包括惯性参数、连杆长度、关节角度范围等,从而
提升了机器人的稳定性和运动效率。
02
步态控制算法开发
我们开发了一种基于深度强化学习的步态控制算法,该算法能够根据不
VS
控制硬件
双足机器人的控制系统硬件需要具备足够 的计算能力和实时性能,以支持复杂的步 态控制算法和传感器数据处理。选择高性 能的处理器和专用的运动控制芯片,可以 确保机器人对行走指令的快速响应和精确 执行。
动力系统设计参数
要点一
能源供应
双足机器人的动力系统需要为其提供足够的能源供应,以 确保持续稳定的行走能力。选择合适的电池类型和容量, 以满足机器人的能量需求,并在必要时进行能源管理和优 化,以延长机器人的行走时间。
步态稳定性与优化
步态稳定性分析
通过建立机器人的稳定性判据,分析不同步态下的稳定性,为步 态控制算法提供理论指导。
最优控制
以能量消耗、行走速度等为目标函数,通过优化算法求解最优步态 控制策略,实现机器人的高效行走。
仿生学优化
借鉴生物行走的步态特征,对机器人的步态进行优化,提高机器人 在复杂环境中的行走性能。
意义
双足机器人具有人类类似的行走能力,能够在复杂地形中进行灵活移动,这对 于救援、探索等任务具有重要意义。同时,研究双足机器人也有助于我们更深 入地理解人类行走的机理。
双足机器人的应用领域
01
02
03
04
救援领域
在灾难救援场景中,双足机器 人能够跨越障碍,进入危险区

双足竞步机器人设计与制作技术报告

双足竞步机器人设计与制作技术报告

双足竞步机器人设计与制作技术报告一、引言二、设计原理1.动力系统2.传感系统3.平衡控制系统平衡是双足机器人最基本的功能之一、平衡控制系统基于双足机器人的运动状态及传感器信息,通过反馈控制算法实现平衡控制,使机器人能够保持稳定的步态。

4.步态控制系统步态控制系统主要通过控制机器人的下肢运动,完成双足的协调步行。

常见的步态控制算法有离散控制、预先编程控制、模型预测控制等。

三、制作过程1.机械结构设计2.电子系统设计电子系统设计主要包括电路设计和控制系统设计。

电路设计需要根据机器人的运行需求进行电源和信号处理电路的设计。

控制系统设计需要根据机器人的传感信息和控制算法,选择合适的控制器和通信模块。

3.程序开发与调试程序开发是制作双足竞步机器人不可或缺的一步。

在程序开发过程中,需要针对平衡控制、步态控制和传感器数据处理等方面进行编程,并进行相应的调试与优化。

四、技术难点与解决方案1.平衡控制技术2.步态规划与控制技术步态控制是双足竞步机器人实现协调步行的关键。

根据机器人的设计和运行需求,选取合适的步态控制算法,并进行动态规划和控制,可以实现优化的步态控制。

3.动力系统设计与电路优化机器人的动力系统设计要考虑电机选择、电机驱动电路和电源供应等多个方面。

同时,还需要对电子电路进行优化,减小功耗和提高效率,以提高机器人的运行时间和性能。

五、总结双足竞步机器人的设计与制作技术包括机械结构设计、电子系统设计、程序开发与调试等多个环节。

通过充分考虑机器人的平衡控制和步态控制等关键技术,可以设计出性能优良的双足竞步机器人。

但是,在设计与制作过程中还需要不断尝试与改进,以逐步优化机器人的性能。

(完整版)双足竞步机器人设计与制作技术报告

(完整版)双足竞步机器人设计与制作技术报告

中国矿业大学徐海学院双足竞步机器人设计与制作技术报告队名:擎天柱班级:电气13-5班_________________________成员:郭满意游世豪侯敏锐唐丽丽侯伟俊王胜刘利强杨光题目双足竞步机器人__________________________________________ 任课教师:李富强_________________________________________2015年12月双足竞步机器人设计与制作任务书任务下达日期:2015年10月16日设计日期:2015年11月1 日至2014年12月31日设计题目:双足竞步(窄足)机器人的设计与制作设计主要内容和完成功能:1、双足竞步机器人机械图设计;2、双足竞步机器人结构件加工;3、双足竞步机器人组装;4、双足竞步机器人电气图设计;5、双足竞步机器人控制板安装;6、整机调试7、完成6米的马拉松比赛。

教师签字:双足机器人的机构是所有部件的载体,也是设计双足机器人最基本的和首要的工作本文根据项目规划和控制任务要求,按照从总体到部分、由主到次的原则,设计了一种适合仿人双足机器人控制的机构。

文章首先从机器人整体系统出发,制定了总体设计方案,再根据总体方案进行了关键器件的选型,最后完成了各部分机构的详细设计工作。

经过硬件设计、包括机械结构设计、电路设计与制作,机器人步态规划算法研究,利用Atmega8芯片实现了对六个舵机的分时控制,编写VC上位机软件,通过串口通信对双足竞步机器人进行调试,通过人体仿生学调试出机器人的步态规划。

实现了双足竞步机器人稳定向前行走、立正。

关键词:双足机器人、机械结构目录1系统概述 (1)2硬件设计 (2)2.1机械结构 (2)2.2电路设计 (2)3软件设计 (4)3.1 AVR 单片机程序设计 (4)3.2 PC上位机调试软件设计 (4)4系统调试 (5)7.1源程序 (8)7.2相关图片 (9)1系统概述针对项目根据实际拟订目标,结合我们所学知识,从仿人外形和仿人运动功能实现,首先确定了双足双足机器人自由度。

双足机器人制作及其步态运行

双足机器人制作及其步态运行

双足机器人制作及其步态运行双足机器人制作及其步态运行一、实验目的1 . 掌握实验室设备使用方法2 . 学会AutoCAD知识并运用以及学习arduino单片机的基本开发3 . 了解双足机器人平衡控制方法。

二、原理说明1.Arduino使用说明Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台。

包含硬件(各种型号的Arduino板)和软件(Arduino IDE)。

它构建于开放原始码simple I/O介面版,并且具有使用类似Java、C语言的Processing/Wiring开发环境。

主要包含两个主要的部分:硬件部分是可以用来做电路连接的Arduino电路板;另外一个则是Arduino IDE,你的计算机中的程序开发环境。

你只要在IDE中编写双足步态程序代码,将程序上传到Arduino电路板后,程序便会告诉Arduino电路板要做怎样的步态运行。

2 . 双足步态算法双足机器人平衡控制方法其中的“静态步行”(staticwalking),这种方法是在机器人步行的整个过程中,重心(COG,Center of Gravity)在机器人底部水平面的投影一直处在不规则的支撑区域(support region)内,这种平衡控制方法的好处是整个机器人行走的过程中,保证机器人稳定行动,不会摔倒。

但是这个平衡控制方法缺点是行动速度非常缓慢(因为整个过程中重心的投影始终位于支撑区域)。

另一种使用的平衡控制方法是“动态步行”(dynamic walking),在这个控制方法中机器人的步行速度得到了极大的飞跃,显而易见,在得到快速的步行速度同时,机器人很难做到立即停止。

从而使得机器人在状态转换的过程中显现不稳定的状态,为了避免速度带来的影响。

零力矩点(ZMP)被引入到这个控制策略中,在单脚支撑相中,引入ZMP=COG。

引入ZMP的好处在于,如果ZMP严格的存在于机器人的支撑区域中,机器人绝不摔倒。

1.2.Autodesk Computer Aided Design绘制样图上图为双足机器人脚部以及腿部,下图为头部ser cutting machine非金属切割从激光器发射出的激光,经光路系统,聚焦成高功率密度的激光束。

双足竞步机器人设计与制作技术报告模板

双足竞步机器人设计与制作技术报告模板

双足竞步机器人设计与制作技术报告模板一、引言二、设计原理1.步态模拟双足竞步机器人的关键技术之一是步态模拟。

通过传感器和控制算法,机器人能够模拟人类的步态,并在不同的地形和速度下保持稳定。

这一设计原理是基于人体力学和动力学的研究,通过对关节和肌肉的仿真,实现了机器人的步态模拟。

2.传感器和控制系统双足竞步机器人需要通过传感器来感知外界环境,并通过控制系统来进行运动控制。

常用的传感器包括倾斜传感器、力/力矩传感器和视觉传感器等,用于测量机器人的倾斜角度、步态力矩和周围环境。

控制系统则是根据传感器测量的数据进行计算和控制的核心部分,常用的控制算法包括PID控制、模糊控制和神经网络控制等。

三、制作过程1.机械结构设计双足竞步机器人的机械结构设计是机器人制作的重要环节。

由于机器人需要模拟人类的步态,机械结构需要能够实现人类步态的运动。

常用的设计原理包括杆件模型、连杆模型和刚体模型等,通过在设计中考虑杆件的长度、角度和连接方式等因素,实现机器人的步态运动。

2.电子系统设计3.软件系统设计双足竞步机器人的软件系统设计主要包括控制算法和用户界面设计。

控制算法需要根据机器人的步态模拟原理进行编写,实现机器人的稳定行走和竞速。

用户界面设计则是为了方便用户对机器人进行操作和控制,常用的设计方式包括图形界面和命令行界面等。

四、实验结果与分析经过设计和制作,我们成功地完成了一台双足竞步机器人,并进行了相关实验。

实验结果表明,机器人能够模拟人类的步态,并在不同的地形和速度下保持稳定。

同时,机器人还能够进行竞速比赛,并达到了预期的速度。

然而,我们也发现了一些问题。

首先,机器人在不同地形下的稳定性仍然有待提高,特别是在不平坦的地形上。

其次,机器人的竞速能力还有待改善,我们计划在之后的研究中进一步优化机器人的设计和控制算法。

五、总结通过本次的设计与制作,我们对双足竞步机器人的设计与制作技术有了更深入的了解。

步态模拟、传感器和控制系统、机械结构设计、电子系统设计和软件系统设计等都是构成双足竞步机器人的重要技术。

《双足机器人步态规划与控制研究》范文

《双足机器人步态规划与控制研究》范文

《双足机器人步态规划与控制研究》篇一一、引言随着科技的不断进步,双足机器人已经成为现代机器人技术研究的热点之一。

双足机器人以其类似人类的行走方式,具有更高的灵活性和适应性,在服务、救援、军事等领域具有广泛的应用前景。

然而,要实现双足机器人的稳定行走,需要进行步态规划和控制研究。

本文旨在探讨双足机器人步态规划与控制的相关问题,以期为双足机器人的研究与应用提供一定的理论依据和技术支持。

二、双足机器人步态规划步态规划是双足机器人行走的基础,它决定了机器人的行走方式、速度和稳定性。

目前,常见的步态规划方法包括基于规则的方法、基于优化的方法和基于学习的方法。

1. 基于规则的步态规划基于规则的步态规划是根据预先设定的规则和逻辑,使机器人按照一定的步态行走。

这种方法简单易行,但需要针对不同的环境和任务进行规则调整,具有一定的局限性。

针对双足机器人的步态规划,需要考虑到机器人的身体结构、关节运动范围、地面情况等因素,制定出合适的步态规划规则。

2. 基于优化的步态规划基于优化的步态规划是通过建立数学模型,利用优化算法求解最优的步态。

这种方法可以根据机器人的任务和环境变化,自动调整步态参数,具有更好的适应性和灵活性。

常见的优化算法包括遗传算法、粒子群算法、动态规划等。

3. 基于学习的步态规划基于学习的步态规划是通过学习人类或其他生物的行走方式,使机器人模仿或自主学习步态。

这种方法需要大量的学习数据和计算资源,但可以使机器人具有更高的智能和灵活性。

常用的学习方法包括深度学习、强化学习等。

三、双足机器人控制研究双足机器人的控制是实现稳定行走的关键。

目前,常见的控制方法包括基于模型的控制、基于学习的控制和混合控制。

1. 基于模型的控制基于模型的控制是根据机器人的运动学和动力学模型,利用控制器对机器人进行控制。

这种方法需要建立准确的模型,并针对不同的任务和环境进行调整。

常见的控制器包括PID控制器、模糊控制器、神经网络控制器等。

双足步行机器人步态规划

双足步行机器人步态规划
步态规划的重要性
步态规划是双足步行机器人行走的关键技术之一,合理的 步态规划可以使机器人更加稳定、高效地行走。
研究意义
通过对双足步行机器人步态规划的研究,可以推动机器人 技术的发展,为机器人应用现状
国外研究现状
国外在双足步行机器人的研究方面已经取得了一定的成果,如波士顿动力公司的Atlas机器人、本田公司的 ASIMO机器人等。这些机器人在步态规划方面采用了多种方法,如基于运动学的方法、基于动力学的方法等。
特点
双足步行机器人具有稳定性好、 适应性强、灵活性高等特点,能 够在复杂环境中自主行走或携带 物品。
双足步行机器人发展历程
初期阶段
早期的双足步行机器人主要采用简单 的机械结构和控制算法,行走速度较 慢,稳定性较差。
成熟阶段
现代的双足步行机器人已经具备了较 高的自主行走能力和适应性,能够适 应各种复杂环境。
科研领域
双足步行机器人可以作为 研究人类行走机制和仿生 机器人的重要工具,促进 相关领域的发展。
03
步态规划基本原理
步态定义与分类
步态定义
步态是指机器人行走时,每一步的姿 态、速度和加速度等运动参数。
步态分类
根据机器人行走时支撑腿的数量,可 分为单足步态、双足步态和多足步态 。
步态规划目标与约束条件
结果比较
将实验结果与理论分析结果进 行比较,评估步态生成算法的
性能和优劣。
06
基于混合模型的步态规划方法
混合模型建立与描述
混合模型定义
混合模型是由一系列连续和离散动态 模型构成的模型,用于描述复杂系统 的行为。
双足步行机器人混合模型
针对双足步行机器人的特点,建立由 连续动态模型和离散动态模型组成的 混合模型。

双足机器人设计及步态规划研究

双足机器人设计及步态规划研究

收稿 日期:2 0 1 2 -1 1 -1 2 基金项 目:国家 自然科学基金 ( 5 0 9 7 5 2 0 4 );天津科技大学实验室开放基金 ( 1 1 0 1 A 2 0 2 ) 作者简介:王新亭 ( 1 9 7 8一 ),男,山东武城人 ,讲 师,硕士 ,研究方 向为人机工程学 、计算机辅助工业 。
【 5 O 】 第3 5 卷
第2 期
2 0 1 3 — 0 2 ( 上)
务l 注 訇 似
建模 ,本文 主要讨论 前 向运动 的步态规 划 问题 。 双 足 机 器 人 的一 个 完 整 的 行 走 周 期 可 分 为 双 腿 支 撑 阶 段 和 单 腿 支 撑 相 阶 段 。在 双 腿 支 撑 阶 膝 关 节 运动 角 度 保 持 不 变 ,髋 关 节从 初 始 位 置 开 始 向前 摆 动 到 终 止 位 置 , 运 动 到 图4 ( C )所 示位
务l 匐 似
双足机器人设计 及步态规划研究
Resear ch on desi gn and gai t pl anni ng of bi ped r obot
王新亭。 ,张峻霞‘ ,尹立苹
W ANG Xi n . t i n g。 . ZHANG J u n . x i a。 , Yl N L i - p i n g
D o i : 1 0 . 3 9 6 9 / J . i s s n . 1 0 0 9 -0 1 3 4 . 2 0 1 3 . O 2 (E ) . 1 4
0 引言
双 足 机 器 人 采 用 单 、双 足 交 替 支 撑 的 运 动 方
式 ,拥 有 较 好 的 灵 活 性 及地 面 环 境 适 应 能 力 ,具
代 表 性 的 先 进 智 能机 器人 ,其 技 术 是 当今 机 器 人 研 究领域 中的一 个重要 分 支u 。

双足仿生机器人行走机构设计

双足仿生机器人行走机构设计

双足仿生机器人行走机构设计双足仿生机器人行走机构的设计需要综合考虑机械结构、控制系统和传感器等多个方面。

下面是一个较为常见的双足仿生机器人行走机构设计的概述:1. 机械结构:双足仿生机器人的机械结构通常由两个对称的机械腿组成,每个机械腿由多个关节连接而成。

关节可以采用电机驱动,例如直线电机或旋转电机。

关节的设计需要考虑到机器人的运动范围、力矩需求以及稳定性等因素。

2. 步态规划:双足仿生机器人的步态规划是指确定机器人腿部关节的运动轨迹和步伐。

一种常见的步态是通过将机器人的步伐分为支撑相和摆动相来实现。

在支撑相,机器人的一只腿着地支撑身体重量;在摆动相,机器人的另一只腿离地向前摆动。

步态规划需要考虑到机器人的稳定性、能耗和速度等因素。

3. 动力学模型:为了实现双足仿生机器人的稳定行走,需要建立机器人的动力学模型。

动力学模型可以通过运动学和力学方程来描述机器人的运动和受力情况。

这些模型可以用于控制系统设计和运动规划。

4. 控制系统:双足仿生机器人的控制系统需要实时监测机器人的姿态、关节角度和力矩等信息,并根据预定的步态规划来控制机器人的运动。

控制系统通常包括传感器、控制算法和执行器。

传感器可以包括惯性测量单元(IMU)、压力传感器和视觉传感器等,用于获取机器人的状态信息。

控制算法可以根据传感器数据实时计算出控制指令,例如关节角度和力矩。

执行器则将控制指令转化为机械运动。

5. 传感器:双足仿生机器人的传感器可以用于感知环境和监测机器人状态。

例如,视觉传感器可以用于识别障碍物和地面形状,压力传感器可以用于检测脚底的接触力,IMU可以用于测量机器人的加速度和角速度等。

这些传感器可以提供给控制系统有关机器人周围环境和自身状态的信息,以便实现更精确的控制和导航。

以上是双足仿生机器人行走机构设计的一般概述,具体的设计还需要根据具体应用需求和机器人的尺寸、负载和预期性能等因素进行进一步详细设计和优化。

人形双足机器人运动算法

人形双足机器人运动算法

人形双足机器人运动算法人形双足机器人是一种模拟人类行走方式的机器人,它具有两只双足,可以通过运动算法实现自主行走。

本文将介绍人形双足机器人的运动算法原理及其应用。

一、人形双足机器人的运动算法原理人形双足机器人的运动算法是基于人类行走的生物力学原理和机器学习技术的结合。

它通过传感器获取环境信息,利用运动控制算法实现自主行走。

1. 步态生成算法步态是指人形双足机器人行走过程中的姿态和动作序列。

步态生成算法是通过模拟人类行走过程中的关节角度变化和身体重心的移动来生成机器人的步态。

常见的步态生成算法包括倒立摆步态和ZMP 控制算法。

倒立摆步态是一种基于动力学原理的步态生成算法,它通过控制机器人关节的角度和身体的倾斜,使机器人保持平衡。

倒立摆步态算法可以实现机器人的稳定行走,但对于不同地形和运动速度的适应性较差。

ZMP控制算法是一种基于力学原理的步态生成算法,它通过控制机器人身体的重心位置来保持平衡。

ZMP控制算法可以实现机器人在不同地形和运动速度下的稳定行走,并具有较好的适应性。

2. 动作规划算法动作规划算法是指根据机器人的运动需求和环境信息,生成机器人的运动轨迹和动作序列。

动作规划算法可以根据机器人的目标位置和障碍物位置,生成机器人的移动路径和避障动作。

常见的动作规划算法包括A*算法、D*算法和RRT算法。

A*算法是一种基于图搜索的动作规划算法,它通过计算机器人到目标位置的最短路径来生成机器人的运动轨迹。

D*算法是一种基于动态路径规划的算法,它可以在机器人运动过程中实时更新路径规划信息。

RRT算法是一种基于随机采样的动作规划算法,它通过随机采样和树搜索来生成机器人的运动路径。

二、人形双足机器人的应用人形双足机器人的运动算法在机器人领域有着广泛的应用。

下面将介绍几个典型的应用场景。

1. 服务机器人人形双足机器人可以应用于服务机器人领域,如导览机器人、接待机器人等。

通过运动算法,机器人可以实现自主行走,为用户提供导航、讲解等服务。

两足式自走机器人实验报告

两足式自走机器人实验报告

两足式自走机器人实验报告本实验旨在设计和制作一种能够实现自主行走的两足式机器人,并通过实验验证其稳定性和行走能力。

通过该实验,能够加深对机器人结构和运动控制的理解,同时探索机器人在不同环境下的适应能力。

实验原理:两足式机器人是一种模仿人类步行的机器人,其设计灵感来源于人类运动生理学和动物运动机制。

在机器人的机械结构上,通常采用两条类似于人的双腿,脚部配有足底传感器以获取地面信息。

控制系统利用回馈控制和动态平衡算法,实现机器人的稳定行走。

实验步骤和结果:1. 设计和制作机器人的机械结构:根据机器人的预期功能和要求,设计机器人的双腿结构,选择合适的材料进行制作。

通过螺旋电机和关节连接完成机械结构的组装。

2. 完成机器人的电子设计和控制系统的搭建:设计机器人的电子线路,包括传感器、执行机构和控制芯片等。

设置动态平衡算法和运动控制程序,并进行算法调试和优化。

3. 进行机器人的行走实验:将机器人放置在光滑的地面上,通过控制程序操控机器人进行行走。

观察机器人步态和姿态的稳定性,记录机器人的行走速度和穿越障碍物的能力。

通过实验,我们得到了以下结果:1. 机器人能够实现基本的稳定行走:机器人能够通过动态平衡算法保持两腿的平衡,保证机器人不倒下。

虽然在初期的测试中机器人有时会出现摇晃和摆动的情况,但经过算法的调优和参数的优化,机器人能够保持更好的稳定性。

2. 机器人的行走速度较慢:由于机器人使用的是电机驱动的关节,其速度受到电机的转速限制。

因此,机器人的行走速度相对较慢,需要进一步优化驱动系统以提高机器人的运动速度。

3. 机器人的障碍物穿越能力有待提高:在穿越障碍物的实验中,机器人会遇到平衡和稳定性的挑战。

当障碍物高度较高时,机器人容易失去平衡而倒下。

因此,需要改善机器人的感知和控制系统,提高其在复杂环境中的适应能力。

实验总结:通过本实验,我们成功设计和制作了一种两足式自走机器人,并验证了其行走能力和稳定性。

实验结果表明,机器人能够实现基本的稳定行走,但其行走速度和穿越障碍物的能力还有待提高。

双足机器人制作及其步态运行

双足机器人制作及其步态运行

双足机器人制作及其步态运行首先,在双足机器人的制作过程中,机械设计是一个重要的环节。

双足机器人需要设计适合人体行走的腿部结构,通常采用三自由度的设计,即腿部可以在水平方向上摆动、伸缩和旋转。

此外,机械设计还需要考虑到双足机器人的稳定性和承重能力,以确保机器人在行走时不会失去平衡。

其次,控制系统是双足机器人制作中不可或缺的一部分。

控制系统需要将运动指令转化为机械运动,使机器人能够按照设定的步态进行行走。

控制系统通常包括传感器、执行器和控制算法等多个组件。

传感器主要用于获取机器人当前的状态和环境信息,比如陀螺仪和加速度计可以用来检测机器人的倾斜角度和加速度;执行器则用于实现机器人的运动,比如电机可以驱动腿部关节的运动;控制算法则负责解析传感器的数据并控制执行器的运动。

最后,双足机器人的步态运行是整个制作过程中最具挑战性的一部分。

步态运行可以分为静态步态和动态步态两种。

静态步态是指机器人在行走过程中,保持至少有三只腿支撑在地面上,而剩余的腿则处于摆动中;动态步态则是指机器人在行走过程中,每一步都会有腿从摆动态转化为支撑态。

步态运行的关键在于如何控制机器人的稳定性和步幅,以确保机器人在行走时不会失去平衡。

为了实现双足机器人的步态运行,需要通过控制算法来对机器人的运动进行优化。

控制算法可以根据传感器获取的数据来调整机器人的姿态和步频,以保持机器人的稳定性和步幅。

常用的控制算法包括PID控制、模糊控制和强化学习等,这些算法通过对机器人的运动进行建模和优化,可以使机器人在行走时更加稳定和高效。

总的来说,双足机器人的制作和步态运行是一个综合性的任务,需要涉及到机械、控制和算法等多个领域的知识。

只有在这些领域的相互配合下,才能够制作出一个稳定、灵活的双足机器人,并使其能够模仿人类的行走方式。

随着科技的不断发展,双足机器人的制作和步态运行将会变得更加成熟和先进,为人类带来更多的便利和可能性。

双足机器人步态仿真及腿部设计与控制

双足机器人步态仿真及腿部设计与控制

越障行走的适应性研究
障碍物识别的准确性
研究基于计算机视觉或传感器技术的障碍物识别方法,以提高 双足机器人越障行走的准确性。
腿部机构的灵活性
针对越障行走过程中,研究双足机器人腿部机构的灵活性设计, 以实现平稳、安全的越障动作。
自适应控制策略
根据障碍物的类型、大小和形状等因素,研究双足机器人的自适 应控制策略,以实现更高效、稳定的越障行走。
,延长机器人的工作时间。
稳定性和灵活性
03
腿部设计应同时保证机器人的稳定性和灵活性,以实现平稳、
灵活的运动。
常用腿部设计方案
01
两段式腿
两段式腿是一种常见的双足机器人腿部设计方案,由大腿和小腿组成
,通过关节连接。这种设计具有结构简单、易于控制等优点。
02 03
三段式腿
三段式腿是一种更为复杂的双足机器人腿部设计方案,由大腿、膝盖 和小腿组成,通过两个关节连接。这种设计具有更大的灵活性,能够 适应更复杂的地形和运动需求。
实验环境
实验平台设在一个模拟各种地形和环境的实验室环境中 ,以便对机器人的适应性和性能进行全面测试。
实验结果展示及分析
步态仿真
通过在实验平台上模拟不同种 类的步态,如步行、奔跑和跳 跃,研究人员可以观察到双足 机器人在不同运动状态下的性
能表现。
腿部设计与控制
通过调整机器人的腿部结构和 控制策略,研究人员观察到机 器人在不同地形和环境中的适
01
双足机器人步态仿真是通过计 算机模拟双足机器人的行走过 程,以评估机器人的稳定性、 效率和安全性。
02
步态仿真基于生物学原理,将 机器人的腿部机构简化为生物 体的腿部结构,并模拟其运动 过程。
03

双足溜冰机器人步态规划的研究

双足溜冰机器人步态规划的研究

设参考系 O Y的平面和机器人的支撑面重合 , X 坐标原点为支 蹬 出 以使前脚 滑 出 。接着 机 器人 进行 单腿 溜 冰运 动 , 冰 运动 示。 当溜 完成时 , 左脚落地准备下一个溜冰运动周期 。 撑脚的中心。根据 DAe b r原理, .l et m 将机器人溜冰运动时所受的 全部作用力和力矩 向P  ̄( M Z P点 ) 简化, : 得
; 位 于两脚 的支 撑 区域 内 , 器人 的运 动 速度 较慢 。机 器 人 的姿 态 平 面 ) 机
稳 定性 分析 和 控制 都 比较简 单 , 不再 加 以分 析 。 本文
( ) 略作用于支撑脚上面的滚动摩擦力 , 3忽 将摆动腿着地时 地面对脚掌的反作用力记为 , 摩擦力记为 , 面反作用力和 地
点) 点来描述两足类机器人的运动稳定性[1 Z 46 MP是指两足步行 1] 5。
机 构在 步行 运 动过程 中 , 面 内支 反力 的作 用 点 , 这一 点 , 支撑 围绕 机构 运动的合 力矩为零 。在两足 步行机构 稳定 的步行 运动 中 ,MP Z 具 有如 下性 质 :MP始终 位于 支撑 脚 掌所组 成 的稳定 区域 内。 Z
开 ( ) 蕊 单溜 溜完 左落 始 调 莲 腿冰 冰成 腿地
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式中 : m一质量点 i 的质量 ; E i 一质量点的位置矢量 ; n= xy, ] p=
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李金 良等 : 溜冰机 器人步 态规 划的研 究 双足
第9 期
行了研究 , 同时对规划 的步态做了仿真分析。
溜冰机器人 Z MP点 ,如图 3 所示 。对于两足溜冰机器人来 说,由于其为两足机构 ,因此 Z P理论也适用于姿态稳定性分 M 析, 本文在合理假设的基础上 , 应用 Z P理论来判断溜冰机器人 M 的姿态稳定性 。 借助理论力学工具及稳定步态所需满足的动力学

双足机器人的行走控制与仿真

双足机器人的行走控制与仿真

双足机器人的行走控制与仿真双足机器人是一种复杂的人造机器人,它可以模拟人类的步态进行行走。

在当今科技的发展中,双足机器人的应用越来越广泛,例如在残疾人康复、足球比赛和军事领域等方面都起着重要的作用。

为了实现双足机器人的高效和安全行走,需要进行行走控制和仿真的研究。

一、双足机器人的行走控制在双足机器人的行走控制中,主要有以下几个方面的技术:1. 步态规划步态规划是指为双足机器人规划一套合理的步态方式,让机器人可以稳定地进行行走。

在步态规划中,需要考虑足端和身体的着地位置、步态周期、步幅和步速等因素。

通过这些规划,可以使双足机器人实现更加灵活、平稳的步态。

2. 动力学控制动力学控制是指控制机器人进行行走时,根据机器人当前的状态、环境变化和任务需求,及时调整机器人的姿态,实现稳定的步态。

在动力学控制中,需要考虑机器人的平衡性、稳定性和动态性。

3. 路径跟踪控制路径跟踪控制是指通过计算机控制双足机器人的步伐,由计算机控制机器人按照预设的路径进行行走。

这种控制方法可以更加稳定地控制机器人步态,减少机器人的倒地风险。

二、双足机器人的仿真双足机器人的仿真是指通过计算机模拟实际的机器人操作和环境,以验证双足机器人的行走控制算法和策略。

通过仿真,可以更加准确地评估双足机器人的性能,从而为实际应用提供优秀的参考。

1. 建立仿真模型建立双足机器人的仿真模型是仿真的首要步骤。

在建立仿真模型时,需要考虑双足机器人的几何结构、质量、动力学特性等因素。

通过数学建模和仿真建模软件,可以构建出一个符合实际情况的双足机器人模型,以便进一步进行仿真分析和测试。

2. 仿真分析仿真分析是通过模拟实际情况,测试控制算法和策略的有效性。

在仿真分析中,可以模拟不同的运动状态、环境因素和操作要求,验证不同的控制方案和策略。

仿真分析可以大幅度缩短实际测试时间和成本,并可以重复测试以进行验证。

3. 仿真优化双足机器人的仿真优化是指通过仿真结果分析,改进双足机器人的行走控制算法和策略,提高双足机器人的稳定性、灵活性和交互性。

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双足机器人制作及其步态运行一、实验目的1 . 掌握实验室设备使用方法2 . 学会AutoCAD知识并运用以及学习arduino单片机的基本开发3 . 了解双足机器人平衡控制方法。

二、原理说明1.Arduino使用说明Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台。

包含硬件(各种型号的Arduino板)和软件(Arduino IDE)。

它构建于开放原始码simple I/O介面版,并且具有使用类似Java、C语言的Processing/Wiring开发环境。

主要包含两个主要的部分:硬件部分是可以用来做电路连接的Arduino电路板;另外一个则是Arduino IDE,你的计算机中的程序开发环境。

你只要在IDE中编写双足步态程序代码,将程序上传到Arduino电路板后,程序便会告诉Arduino电路板要做怎样的步态运行。

2 . 双足步态算法双足机器人平衡控制方法其中的“静态步行”(static walking),这种方法是在机器人步行的整个过程中,重心(COG,Center of Gravity)在机器人底部水平面的投影一直处在不规则的支撑区域(support region)内,这种平衡控制方法的好处是整个机器人行走的过程中,保证机器人稳定行动,不会摔倒。

但是这个平衡控制方法缺点是行动速度非常缓慢(因为整个过程中重心的投影始终位于支撑区域)。

另一种使用的平衡控制方法是“动态步行”(dynamic walking),在这个控制方法中机器人的步行速度得到了极大的飞跃,显而易见,在得到快速的步行速度同时,机器人很难做到立即停止。

从而使得机器人在状态转换的过程中显现不稳定的状态,为了避免速度带来的影响。

零力矩点(ZMP)被引入到这个控制策略中,在单脚支撑相中,引入ZMP=COG。

引入ZMP的好处在于,如果ZMP严格的存在于机器人的支撑区域中,机器人绝不摔倒。

基于上述内容,可将机器人的一条腿抽象为上图。

正向ZMP动力学公式如上图X ZMP代表正向ZMP,X mc代表质量中心前进的位移,l是倒立摆的长度,g是重力加速度。

三、实验设备四、实验内容1.Autodesk Computer Aided Design绘制样图上图为双足机器人脚部以及腿部,下图为头部ser cutting machine非金属切割从激光器发射出的激光,经光路系统,聚焦成高功率密度的激光束。

激光束照射到亚克力板表面,使亚克力板达到熔点或沸点,同时与光束同轴的高压气体将熔化或气化金属吹走。

随着光束与亚克力板相对位置的移动,最终使材料形成切缝,从而达到切割的目的。

学习使用切割机,将亚克力板放入激光切割器。

应用激光聚焦后产生的高功率密度能量来实现的。

在计算机的控制下,通过脉冲使激光器放电,从而输出受控的重复高频率的脉冲激光,形成一定频率,一定脉宽的光束,该脉冲激光束经过光路传导及反射并通过聚焦透镜组聚焦在加工物体的表面上,形成一个个细微的、高能量密度光斑,焦斑位于待加工面附近,以瞬间高温熔化或气化被加工材料。

每一个高能量的激光脉冲瞬间就把物体表面溅射出一个细小的孔,在计算机控制下,激光加工头与被加工材料按预先绘好的图形进行连续相对运动打点,这样就会把亚克力板加工成想要的形状。

下面为激光切割机相关参考数据:X,Y工作范围:1300mm*2500mm切割聚焦镜头:F=80mm最大激光输出功率:500W调继冲频率:$300Hz电源脉冲宽度:0.5ms-2ms激光器:双灯镀金聚光腔切割接口卡:CNC 3000控制卡切割软件:适应PLT,DXF等格式制冷功率:4W重复定位精度:±0.03/300mm空程速度:0-20000mm/min切割速度:0-15000mm/min3.组装双足机器人将双足机器人组成零件从切割好后的亚克力板下拆卸下来,按照双足机器人结构拼接起来,关节处使用规格正确的螺丝螺母,拼接处利用1203瞬干胶-氰基丙烯酸乙酯强力瞬间接着剂粘结。

将MG 90S型号舵机放入模型中,用相关螺丝进行对接。

MG 90S自带杜邦线,将arduino Nano用胶枪固定在双足机器人头部平面处。

将六个MG 90S舵机线分别插入arduino Nano 的PWM3、PWM5、PWM6、PWM9、PWM10、PWM11引脚。

4.Arduino IDE编写程序控制双足步态arduino控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制,使输出端得到一系列幅值相等的脉冲,这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。

也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲,使各脉冲的等值电压为正弦波形,所获得的输出平滑且低次谐波少。

按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制,即可改变逆变电路输出电压的大小,也可改变输出频率。

例如,把正弦半波波形分成N等份,就可把正弦半波看成由N个彼此相连的脉冲所组成的波形。

这些脉冲宽度相等,都等于∏/n ,但幅值不等,且脉冲顶部不是水平直线,而是曲线,各脉冲的幅值按正弦规律变化。

如果把上述脉冲序列用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替,使矩形脉冲的中点和相应正弦等分的中点重合,且使矩形脉冲和相应正弦部分面积(即冲量)相等,就得到一组脉冲序列,这就是PWM波形。

可以看出,各脉冲宽度是按正弦规律变化的。

根据冲量相等效果相同的原理,PWM波形和正弦半波是等效的。

对于正弦的负半周,也可以用同样的方法得到PWM波形。

脉冲宽度调制(PWM)是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。

通过高分辨率计数器的使用,方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。

PWM信号仍然是数字的,因为在给定的任何时刻,满幅值的直流供电要么完全有(ON),要么完全无(OFF)。

电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。

通的时候即是直流供电被加到负载上的时候,断的时候即是供电被断开的时候。

只要带宽足够,任何模拟值都可以使用PWM进行编码。

多数负载(无论是电感性负载还是电容性负载)需要的调制频率高于10Hz,通常调制频率为1kHz到200kHz之间。

许多微控制器内部都包含有PWM控制器。

例如,Microchip公司的PIC16C67内含两个PWM控制器,每一个都可以选择接通时间和周期。

占空比是接通时间与周期之比;调制频率为周期的倒数。

执行PWM操作之前,这种微处理器要求在软件中完成以下工作:1、设置提供调制方波的片上定时器/计数器的周期2、在PWM控制寄存器中设置接通时间3、设置PWM输出的方向,这个输出是一个通用I/O管脚4、启动定时器5、使能PWM控制器如今几乎所有市售的单片机都有PWM模块功能,若没有(如早期的8051),也可以利用定时器及GPIO口来实现。

更为一般的PWM模块控制流程为(笔者使用过TI的2000系列,AVR的Mega系列,TI的LM系列):1、使能相关的模块(PWM模块以及对应管脚的GPIO模块)。

2、配置PWM模块的功能,具体有:①:设置PWM定时器周期,该参数决定PWM波形的频率。

②:设置PWM定时器比较值,该参数决定PWM波形的占空比。

③:设置死区(deadband),为避免桥臂的直通需要设置死区,一般较高档的单片机都有该功能。

④:设置故障处理情况,一般为故障是封锁输出,防止过流损坏功率管,故障一般有比较器或ADC或GPIO检测。

⑤:设定同步功能,该功能在多桥臂,即多PWM模块协调工作时尤为重要。

3、设置相应的中断,编写ISR,一般用于电压电流采样,计算下一个周期的占空比,更改占空比,这部分也会有PI控制的功能。

4、使能PWM波形发生。

首先编入头文件,对MG 90S进行定义,编写setup函数。

接下来根据步态编写。

定义双足站立值:void startt(){zd.write(a);zx.write(b);zj.write(c);yx.write(e);yj.write(f);}按照上面站立程序,调试双足的站立数值并填入表格。

void first(){yj.write(a);yx.write(b);yd.write(c);delay(d);zd.write(e);zx.write(f);yd.write(j);delay(k);yj.write(l);yx.write(m);delay(n);zd.write(o);zx.write(p);delay(q);yj.write(r);yx.write(s);}上面为双足机器人第一步程序,调试双足的第一步数值并填入下面表格。

void second(){zd.write(a);zx.write(b);delay(c);yj.write(d);yx.write(e);delay(g);}上面为双足机器人第二步程序,调试双足的第二步数值并填入下面表格。

{yj.write(a);yx.write(b);yd.write(c);delay(d);zd.write(e);zx.write(f);yd.write(j);delay(k);yj.write(l);yx.write(m);delay(n);zd.write(o);zx.write(p);delay(q);yj.write(r);yx.write(s);}上面为双足机器人第一步程序,调试双足的第三步数值并填入下循环:void loop(){second();third();}5.运行五、实验注意事项1.在采用脉冲穿孔的情况下,为了获得高质量的切口,从工件静止时的脉冲穿孔到工件等速连续切割的过渡技术应以重视。

从理论上讲通常可改变加速段的切割条件:如焦距、喷嘴位置、气体压力等,但实际上由于时间太短改变以上条件的可能性不大。

在工业生产中主要采用改变激光平均功率的办法比较现实,具体方法有以下三种:(1)改变脉冲宽度;(2)改变脉冲频率;(3)同时改变脉冲宽度和频率。

实际结果表明,第(3)种效果最好。

2.使用激光切割亚克力板,将激光对准亚克力右上角,预先测一下,看看是否超过X,Y工作范围:1300mm*2500mm。

3.双足拼接时,一定使各个零件互相垂直,拼接偏斜会导致双足站立不稳,行走不稳定。

4.单片机工作的三个条件分别是电源、时钟晶振、复位。

当单片机不能正常工作时,我们首先就要检查这三个条件,用电压表或者万用表检测他的电源和接地脚,检测两个引脚之间的电压是不是5V左右;对于时钟晶体振荡有没有正常工作,我们最好用示波器进行检测,看能否检测到相应频率的正弦波脉冲。

六、预习思考题1.根据原理试试如何控制方向偏转。

2.当单片机不能正常工作时,我们首先就要检查这三个条件,三个条件分别是电源、时钟晶振、复位。

复位如何检测?3.如何用程序使运行中双足机器人转换为站立状态。

七、实验报告1.讨论和分析零力矩点(ZMP)在这个双足控制策略中的优缺点。

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