3106 兩足行走機器人行走控制系統(tǒng)設(shè)計

3106 兩足行走機器人行走控制系統(tǒng)設(shè)計,行走,機器人,控制系統(tǒng),設(shè)計 各類畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q 號是 1714879127 該論文含配套的圖紙( 需購買)畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q*Q=1714879127該軟件有以下功能：1、速度控制設(shè)定功能：可以調(diào)試出任意速度，多路電機不同速度運行穩(wěn)定，實時性好，速度精準(zhǔn)，加速減速任意設(shè)。2、循環(huán)控制功能：讓您不必費心點擊鼠標(biāo)啦，反復(fù)調(diào)試更加易用，可作為小型工業(yè)機械手主控板，功能循環(huán)執(zhí)行，提供作業(yè)效率。3、指令保存功能：可以將您調(diào)試好的指令集保存，自動生成指令文檔，日期時間準(zhǔn)確，例如 robotcode20090107_1550，您也可以個性化自命名，避免讀取指令文檔錯誤或者重新編輯。4、指令讀取功能：只要輕松點擊“打開指令”按鍵，會進(jìn)入指令集文檔，選擇您要讀取的以往指令文檔，恢復(fù)當(dāng)前功能設(shè)置。5、控制動作完成時間功能：只要發(fā)送指令時間大于動作完成時間，您就可以任意設(shè)置動作的完成時間，軟件備有自動調(diào)整功能，可將電機轉(zhuǎn)動平滑過渡，避免了機器人定格控制缺陷。6、串口調(diào)試助手：不必再因打開其他調(diào)試軟件浪費時間了， “發(fā)送” 、 “清除”輕松點擊更加易用。7、藍(lán)牙識別功能：可以添加藍(lán)牙模塊，實現(xiàn)無線遠(yuǎn)程控制。各類畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q 號是 1714879127 該論文含配套的圖紙(需購買)畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q*Q=1714879127南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）中期檢查表學(xué)生姓名 黃俊 學(xué) 號 05010213 指導(dǎo)教師 路建萍 劉 艷課題名稱 兩足行走機器人—行走控制部分設(shè)計難易程度 偏難 適中 √ 偏易選題情況工作量 較大 合理 √ 較小任務(wù)書 有 √ 無開題報告 有 √ 無符合規(guī)范化 的要求外文翻譯質(zhì)量 優(yōu) 良 √ 中 差學(xué)習(xí)態(tài)度、出勤情況 好 √ 一般 差工作進(jìn)度 快 按計劃進(jìn)行 √ 慢中期工作匯報及解答問題情況優(yōu) 良 √ 中 差中期成績評定：良所在專業(yè)意見：在畢業(yè)設(shè)計期間，工作積極主動，學(xué)習(xí)態(tài)度良好，能夠按要求完成老師布置的各項任務(wù)。負(fù)責(zé)人： 年 月 日各類畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q 號是 1714879127 該論文含配套的圖紙(需購買)畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q*Q=1714879127南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書系 　 　 　 部 ： 機械工程系專 業(yè) ： 機械工程及自動化學(xué) 生 姓 名： 黃俊學(xué) 號：05010213設(shè) 計 (論 文 )題 目 ： 兩足行走機器人—行走控制部分設(shè)計起 迄 日 期 : 2009 年 3 月 9 日 ~ 6 月 14 日設(shè)計 (論文 )地點 : 南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院指 導(dǎo) 教 師 : 路建萍 劉 艷專 業(yè) 負(fù) 責(zé) 人 : 龔光容發(fā)任務(wù)書日期: 2009 年 2 月 26 日各類畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q 號是 1714879127 該論文含配套的圖紙(需購買)畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q*Q=1714879127畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）任 務(wù) 書1．本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題應(yīng)達(dá)到的目的：微機原理及接口技術(shù)在各科領(lǐng)域有很廣泛的應(yīng)用，通過該課題的研究使學(xué)生掌握微機在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用方法，輸入輸出通道的設(shè)計、定時計數(shù)器的設(shè)計、A ／D 及D／A 轉(zhuǎn)換、行走電路的設(shè)計、對電動機驅(qū)動與控制設(shè)計。同時使學(xué)生掌握工程設(shè)計的一般方法以及獨立分析問題和解決問題的能力，最終使學(xué)生的綜合素質(zhì)得以提高。2．本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：技術(shù)要求：熟悉微機及接口實驗板的使用方法。了解機器人行走控制系統(tǒng)的原理及設(shè)計方法?？傮w方案的設(shè)計。詳細(xì)方案的設(shè)計。調(diào)試硬件電路并編制相應(yīng)的控制程序。提交規(guī)范的設(shè)計文檔。條件：微機及相應(yīng)接口實驗板和控制功能芯片。各類畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q 號是 1714879127 該論文含配套的圖紙(需購買)畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q*Q=1714879127畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）任 務(wù) 書3．對本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題成果的要求〔包括畢業(yè)設(shè)計論文、圖表、實物樣品等〕：（1）開題報告、文獻(xiàn)綜述、資料翻譯；（2）機器人行走控制系統(tǒng)的原理圖；（3）直流電動機的控制軟件；（4）畢業(yè)設(shè)計說明書。4．主要參考文獻(xiàn)：[1] 馬香峰. 機器人機構(gòu)學(xué)[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 1991.[2] 王曉明．電動機的單片機控制．北京航空航天大學(xué)出版社，2003.[3] 吳瑞祥. 機器人技術(shù)及應(yīng)用[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1994. [4] 熊有倫. 機器人技術(shù)基礎(chǔ)[M].武漢：華中理工大學(xué)出版社，1996.[5] 王志良. 競賽機器人制作技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.[6] 馬香峰等. 工業(yè)機器人的操作機設(shè)計[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，1996 年 9月.[7] 余達(dá)太，馬香峰. 工業(yè)機器人應(yīng)用工程[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，1999 年 4月.[8] 劉政華等. 機械電子學(xué)[M]．北京：國防科技大學(xué)出版社，1999.10.[9] Ernest L. Halletl. Robotics: A User-Friendly Introduction [M]. New York:CBS College Publishing,1985.[10] Yoram Koren. Robotics for Engineers [M].McGraw-Hill Book Company, 1985.[11] 張建民．機電一體化原理與應(yīng)用[M]．國防科技大學(xué)出版社，1992.1[12] 曲家騏等．伺服控制系統(tǒng)中的傳感器[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1998.[13] 秦志強等. 基礎(chǔ)機器人制作與編程[M]. 北京： 電子工業(yè)出版社，2007.[14] 高鐘毓．機電一體化系統(tǒng)設(shè)計[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1997.2[15] 陳繼榮. 智能電子創(chuàng)新制作[M]. 北京：科技出版社，2007.[16] 張建民等．機電一體化系統(tǒng)設(shè)計[M]．北京：北京理工大學(xué)出版社，1997.各類畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q 號是 1714879127 該論文含配套的圖紙(需購買)畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q*Q=1714879127畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）任 務(wù) 書5．本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題工作進(jìn)度計劃：起 迄 日 期 工 作 內(nèi) 容2009年3月 9 日～ 3 月 15日3月 16日～ 3 月 22日3月 23日～ 3 月 29日3月 30日～ 4 月 5 日4月 6 日～ 4 月 12日4月 13日～ 4 月 26日5月 4 日～ 5月 10日5月 11日～ 5月 17 日5月 18日～ 5月 24 日5月 25日～ 5月 31 日6月 1 日～ 6月 7 日6月 8 日～ 6月 14 日選題，發(fā)放審題表及任務(wù)書，熟悉課題完成外文資料翻譯完成開題報告(包含文獻(xiàn)綜述)查閱相關(guān)資料，熟悉直流電動機及兩足機器人的工作方式 總體控制方案設(shè)計詳細(xì)方案設(shè)計，包括傳感器的選擇、控制電路設(shè)計等系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，對設(shè)計方案進(jìn)行評價與修改，使之完善繪制控制系統(tǒng)電氣原理圖和流程圖整理相關(guān)資料，撰寫并打印設(shè)計說明書初步提交設(shè)計成果（包括圖紙及論文） ，整理正式提交設(shè)計成果和設(shè)計說明書準(zhǔn)備論文答辯所在專業(yè)審查意見：負(fù)責(zé)人： 年 月 日系部意見：系部主任： 年 月 日各類畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q 號是 1714879127 該論文含配套的圖紙(需購買)畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q*Q=1714879127南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)前期工作材料學(xué) 生 姓 名 : 黃俊 學(xué) 號： 05010213系 　 部 : 機械工程系專 業(yè) : 機械工程及自動化設(shè)計 (論 文 )題 目 : 兩足行走機器人—行走控制部分設(shè)計指 導(dǎo) 教 師 : 路建萍 劉艷 工程師 助教材 料 目 錄序號 名 稱 數(shù)量 備 注1 畢業(yè)設(shè)計(論文)選題、審題表 12 畢業(yè)設(shè)計(論文)任務(wù)書 13 畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告〔含文獻(xiàn)綜述〕 14 畢業(yè)設(shè)計(論文)外文資料翻譯〔含原文〕 15 畢業(yè)設(shè)計（論文）中期檢查表 12009 年 5 月各類畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q 號是 1714879127 該論文含配套的圖紙( 需購買)畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q*Q=1714879127南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)外文資料翻譯系　　部： 機械工程系 專 業(yè)： 機械工程及自動化 姓 名： 黃 俊 學(xué) 號： 05010213 外文出處：Luis Alexander，Alexander Mota， Pedro Fonseca 附 件：1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。 各類畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q 號是 1714879127 該論文含配套的圖紙( 需購買)畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q*Q=1714879127指導(dǎo)教師評語：譯文正確地表達(dá)了原文的意義、概念描述符合漢語的習(xí)慣，語句通暢，層次很清晰。簽名： 年 月 日注：請將該封面與附件裝訂成冊。附件 1：外文資料翻譯譯文比較控制策略的自主線追蹤機器人摘要自主移動機器人是一個非常激動人心的領(lǐng)域，特別是對那些參加電子產(chǎn)品課程的學(xué)生。作者和阿維羅大學(xué)的學(xué)生參與了一些在這一領(lǐng)域的活動。特別是，其中一個此類活動是發(fā)明了能夠沿著畫在地板上直線運動的機器人。為了達(dá)到這一效果，一個模擬器已經(jīng)實施并多次測試了對機器人不同控制方法的影響。本文對基于 MATLAB 的機器人模型和線追蹤模擬器進(jìn)行了一個簡短的描述。然后在導(dǎo)致絕對誤差（IAE）和積分誤差平方（ISE），易微調(diào)和各自代碼復(fù)雜性方面比較了幾種不同的控制方法。比較的方法:成正比、比例微分、比例積分導(dǎo)數(shù)、模糊、表為基礎(chǔ)的模糊，自我組織唱模糊和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆模型基礎(chǔ)。1 導(dǎo)言研發(fā)自主機器人是一個跨學(xué)科的活動，因此有很大的教育價值。與此事實上，考慮到作者一直支持阿維羅大學(xué)學(xué)生小組參加每年一度在法國舉辦的盛事，在法國，除了其他的任務(wù)，自主移動機器人必須沿著一條線運動。為了更好地理解的線追蹤機器人的行為，為了顯示學(xué)生們在發(fā)明機器人時來自物理、幾何、電子、儀表和控制集成方面綜合的科學(xué)理念，作者建立了一個沿線分布機器人各類畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q 號是 1714879127 該論文含配套的圖紙( 需購買)畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q*Q=1714879127的分析模型。該模型考慮到一些現(xiàn)實世界的限制，允許預(yù)測以電動機電壓為基礎(chǔ)的移動機器人的運動。另外，作者所描述的幾何形狀線追蹤過程被用來建立一個模擬器。這決定了某一機器人的確定路徑以及該路徑和參考路徑之間的關(guān)系。該模擬器是一種寶貴的工具，在之前研發(fā)機器人是能夠比較不同的控制方法以及不同的傳感器布局。這樣在實際制造過程中可以更好地決定機器人有關(guān)的物理性質(zhì)。下一節(jié)本文將對機器人模型和模擬器進(jìn)行一個簡短的描述，在第 3 節(jié)是幾種不同控制方法的比較，包括比例、比例微分、比例積分微分，模糊，表為基礎(chǔ)的模糊，模糊自我組織和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆模型基礎(chǔ)。在第 4 節(jié)中將提到相關(guān)結(jié)論包括一些對正在進(jìn)行的工作的評論。2 仿真機器人2.1 機器人模型之前已經(jīng)提到學(xué)生們建造的機器人的活動通常很簡單，見（圖 1）。 運動是通過使用兩個獨立的直流電電動機驅(qū)動每一個車輪。差分驅(qū)動器用于控制機器人。一個或兩個額外的連鑄機車輪用來保持機器人的橫向穩(wěn)定。與參考路徑相比較機器人的偏差是通過放置在機器人之前的紅外光探測器測量的。通常情況下，車輪速度的閉環(huán)控制已經(jīng)不再運用。每個車輪的速度控制間接地采用馬達(dá)電壓的。此選項可能會降低性能的跟蹤算法但簡化了最后的調(diào)整。請記住，閉環(huán)速度控制方向盤使用將需要調(diào)整兩個額外的獨立循環(huán)。圖 1，基本機器人。圖 1 基本機器人這些特點已用于計算模型線追蹤機器人（圖 2 ）。為了進(jìn)一步提高準(zhǔn)確性，該模型在慣性（質(zhì)量（M） 和轉(zhuǎn)動慣量（ j ），摩擦系數(shù)（平移（B y）和旋轉(zhuǎn)（B）運動），電動馬達(dá)參數(shù)（電阻（ R ）和 電機常數(shù)（Km）），額外的噪聲各類畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q 號是 1714879127 該論文含配套的圖紙( 需購買)畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q*Q=1714879127（在傳感器中讀?。┖蜋C器人的物理限制，如線傳感器（5'）的長度和可用于電機（V MAX）最大電壓。該模型［l］描述并且計算電壓應(yīng)用電動機為基礎(chǔ)的機器人的線性度（v）和角速度（0)。2.2 線追蹤模擬器上文已經(jīng)提到機器人模型與幾何分析線追蹤問題是相輔相成的。這個問題屬于一般路徑跟蹤問題在眾多文獻(xiàn)[2]中已經(jīng)被解決。特別是，本文呈現(xiàn)的該模擬器用被動的方式來跟蹤未知的線的方法與之前計劃的跟蹤路徑相反。因此，這是事先得知。圖 2 機器人模型幾何分析還表明，可根據(jù)目前的偏差、車輪速度和機器人相對于線的角度位置來計算出未來偏離線（e）。該機器人是用來作為參考。然而，為了更好地界定參考軌跡和想象的機器人軌跡，另一種模式是建立在該機器人的位置基礎(chǔ)上而做出一個絕對的參考。在這幾何模型基中，機器人偏離線（e）可根據(jù)機器人絕對位置和車輪的速度來計算。知道機器人的位置（坐標(biāo) X,Y,Z）是有可能計算相交的傳感器陣列與線（ Xey ,Ye ），然后可以計算出偏差 e（圖 3 ）。由此可以得出機器人位移的軌跡 e 是非線性的。各類畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q 號是 1714879127 該論文含配套的圖紙( 需購買)畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q*Q=1714879127圖 3 線追蹤幾何模型在一個無限小的時間間隔來計算機器人位移。如果這個區(qū)間保持足夠小則是不相關(guān)的，如果直線運動是分開考慮的,那角運動和其中那些是要首先考慮的。在實驗進(jìn)行時，這樣的一個區(qū)間里軌跡點以每 5 毫米計算是小到足以獲得同樣的軌跡，不管是角或直線運動都會被首先考慮。幾何模型可以參考線組成的直線段和圓弧的周長一個接一個加入。雖然它似乎有限制，它允許創(chuàng)建幾乎任何種類的軌跡順利通過使用不同的圓弧半徑。圖 2 為該機器人模型。2.3 參考路徑該模擬是在由直線段與弧線交錯的圍成的弧形90°或 180°孔一起插入紙的直片段所組成的參考路徑。這種路徑在圖4中所描述，總長度約30米。圖 4 參考路徑2.4 機器人參數(shù)各類畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q 號是 1714879127 該論文含配套的圖紙( 需購買)畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q*Q=1714879127在 5 月的這一年，阿維羅大學(xué)以本文模擬為基礎(chǔ)的機器人為代表參加在法國堡貝爾納的 1996 年的國際移動機器人錦標(biāo)賽。根據(jù)[1,3]的詳細(xì)資料，下面的參數(shù)為：重量 M = 3.2 公斤轉(zhuǎn)動慣量 J = 0.7 千克.米 2 馬達(dá)最大可用電壓 = 11.5 伏特電機參數(shù)（R= 7 歐姆和 Km= 0.86 N/ A ）車輪直徑 Rw= 0.03 米車輪之間的距離 b = 0.27 米線性運動摩擦系數(shù) B y=40kg/s角運動摩擦系數(shù) B w = 0.25 Kg.㎡/s類型傳感器陣列-線性與飽和寬度傳感器陣列 S=18 米3 比較控制策略可以圖２看出，機器人模型有兩個投入，V 和 Vdif是平均和差別電壓適用于驅(qū)動電動機。然而，只有一個錯誤的信號是偏差的機器人將通過傳感器經(jīng)參考路徑傳送。如果機器人總是向前推進(jìn)，可以看出，任何控制方法，將減少使機器人回到參考路徑。由于差動電壓是一個確定的角運動的機器人的，讓它改變方向，使之收斂的路線，一個簡單的可能性是使用電子郵件直接控制 Vdif在這種情況下，因為最終目的是為實現(xiàn)最高速度的參考路徑，平均電壓 V，可以設(shè)置為最大值。然而，實際的電壓適用于馬達(dá)的驅(qū)動器是有限的。反映了修正到平均收益率差電壓變風(fēng)量和 Vdif,這將真正提供給機器人模型。此外，產(chǎn)出的傳感器功能被損壞和加性噪聲。這噪聲允許這些缺陷影響線路或地板，電器干擾傳感器的讀數(shù)和有限精度。為了便于比較，噪音載體，保持同對所有運行從開始到終結(jié)點?？刂剖菙?shù)字化，采樣周期為 100 毫秒。 完整的控制系統(tǒng)圖 5。那個參考輸入的路徑進(jìn)行跟蹤。錯誤信號是偏差宣讀的傳感器陣列。各類畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q 號是 1714879127 該論文含配套的圖紙( 需購買)畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q*Q=1714879127圖 5 完整的控制系統(tǒng)在這種簡單的模式控制功能可書面表達(dá)。在非?？斓臋C器人中，有興趣的也可以使用 Vav作為一個電子商務(wù)功能。例如，這可以用來減慢機器人，同時描述了曲線和加快沿直線部分。然而，機器人通常都建不是非常快，運行不到 0.5 個 D 語。因此，在本文其余的簡單的辦法在（ 1 ）中將被用于。要比較性能的每一個控制方法兩項主要措施已使用的整體絕對誤差（IAE）和積分誤差平方（ISE） ，綜合沿著充分參考路徑。其他兩個措施也被使用時，機器人將達(dá)到最大絕對誤差（E Max）和平均時速。3.1 比例控制最簡單的形式的控制是使用比例 Vdif,=Kp * e 控制功能產(chǎn)生。雖然簡單，這種方法提出了幾個問題。正如這一點最大價值為 Kp的是很難找到（需要許多判斷）特別是在非線性系統(tǒng)。另外，它能夠提供的相對較少最佳的性能，因為它無法彌補的滯后所造成的機器人慣性。為充分參考路徑圖 4,使用比例控制 Kp= 200 ，造成偏差情節(jié)描述見圖 6。注意典型的振蕩起因于與簡單的比例的方法一起獲得比較差的控制。各類畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q 號是 1714879127 該論文含配套的圖紙( 需購買)畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q*Q=1714879127圖 6 使用 Kp=200 控制比例附件 2：外文原文各類畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q 號是 1714879127 該論文含配套的圖紙(需購買)畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q*Q=1714879127南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告學(xué) 生 姓 名： 黃俊學(xué) 號：05010213專 業(yè) ： 機械工程及自動化設(shè)計 (論文 )題目 ： 兩足行走機器人—行走控制部分設(shè)計指 導(dǎo) 教 師 : 路建萍 劉 艷2009 年 3 月 22 日開題報告填寫要求1．開題報告（含“文獻(xiàn)綜述” ）作為畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效；2．開題報告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時交給指導(dǎo)教師簽署意見；3． “文獻(xiàn)綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報告第一欄目內(nèi)，學(xué)生寫文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于15 篇科技論文的信息量，一般一本參考書最多相當(dāng)于三篇科技論文的信息量（不包括辭典、手冊） ；4．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國標(biāo) GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2009 年 3 月 15 日”或“2009-03-15”。 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫2000 字左右的文獻(xiàn)綜述：文 獻(xiàn) 綜 述摘要 兩足行走機器人是當(dāng)前機器人研究領(lǐng)域最活躍的研究方向之一，引起了許多科研工作者的注意。本文介紹了兩足行走機器人與其他移動機器人相比的主要優(yōu)點，對國內(nèi)外兩足行走機器人的研制工作做了綜述，并對將來的研究方向和工作重點做出了展望。關(guān)鍵詞 機器人 智能控制 兩足行走 1 兩足行走機器人的一般情況兩足機器人是模擬人類用兩條腿走路的機器人 [1]。兩足步行機器人適于在凸凹不平或有障礙的地面行走作業(yè)，比一般移動機器人靈活性強，機動性好。1972 年，日本早稻田大學(xué)研制出第一臺功能較全的兩足步行機器人。美國、南斯拉夫等學(xué)者也研制出各種兩足走行機器人模型。兩足步行模型是一個變結(jié)構(gòu)機構(gòu)，單腳支撐為開式鏈，雙腳支撐為閉式鏈。支撐點的固定靠摩擦力來保證，質(zhì)量分布和重量大小都直接影響靜態(tài)和動態(tài)的穩(wěn)定性。為保證行走過程中姿態(tài)的穩(wěn)定性，對行走步態(tài)應(yīng)加嚴(yán)格的約束[2]，[4] 。如圖 1 中示出了具有 11 個動力關(guān)節(jié)的兩足步行模型的自由度分配。這些關(guān)節(jié)以旋轉(zhuǎn)軸的方向分為縱搖軸、橫搖軸和偏航軸?？v搖軸實現(xiàn)前進(jìn)方向的重心移動，橫搖軸實現(xiàn)左右方向的重心擺動，偏航軸轉(zhuǎn)換方向。在行走過程中，通過縱搖軸的髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)動作，在前進(jìn)方向上移動重心；通過上驅(qū)體關(guān)節(jié)使上身左傾或右傾，移動上身塔載調(diào)節(jié)重心；通過偏航軸的腰關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)換方向。關(guān)節(jié)的驅(qū)動能源主要有氣壓、液壓和電動三種。氣壓式重量輕、安全便宜，但因空氣的可縮性，在變負(fù)載情況下，穩(wěn)定性差。液壓式輸出功率大、快速性好，但需配備動力組件。例如，日本早稻田大學(xué)加藤一郎教授研制的 WD-10RD,是具有 12 個自由度的液壓驅(qū)動機器人。電動式結(jié)構(gòu)簡單、控制容易。但功率密度低、價格較高 [6]。圖 1 兩足步行機器人自由度的配置2 兩足行走機器人的組成機器人主要由以下 6 個部分組成。(1)手臂手臂是機器人的一部分。該部位由手（手爪） 、手臂（手的姿勢）和手腕組成。手臂通過各關(guān)節(jié)來實現(xiàn)動作的完成。(2)操作機構(gòu)該部位是驅(qū)動機械人關(guān)節(jié)的驅(qū)動機構(gòu)。被用于關(guān)節(jié)部位的操作機構(gòu)幾乎都是帶有減速器的伺服電動機，但是對于可以放入手腕和腿中的小型高扭矩的直接驅(qū)動式電動機的要求則較高。(3)傳感器傳感器作為用來檢測視覺、觸覺、動作姿勢控制等部位，包括用于測定手腕位置和速度等的內(nèi)置傳感器和用于識別機器人作業(yè)對象的外部傳感器。(4)移動機構(gòu)移動機構(gòu)就機器人的腳，它是用來移動的部位，以實現(xiàn)機器人的抬腿跨步，以及關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)擺動，從而完成一些較為復(fù)雜的動作。(5)控制器（控制裝置）控制器是用來控制一系列動作的部位 [8]，[9] 。為了使機器人的手腕和腿部位活動起來，需要控制器（控制裝置）來向安裝在這些部位的操作機構(gòu)和傳感器發(fā)送信號指令，使其接受位置信號?？刂破鲿讶祟愃蟮淖鳂I(yè)命令記錄起來，通過開始質(zhì)量那個讓其激活，再把必要的動作指令傳送給手腕和腿部位。(6)操作機構(gòu)的驅(qū)動源操作機構(gòu)的驅(qū)動源主要有液壓式、電動式和啟動式。3 兩足行走機器人的特性體現(xiàn) (1)兩足行走機器人能適應(yīng)各種地面且具有較高的逾越障礙的能力，能夠方便的上下臺階及通過不平整、不規(guī)則或較窄的路面，它的移動“盲區(qū)”很小。(2) 兩足行走機器人的能耗很小，因為該機器人可具有獨立的能源裝置，因此在設(shè)計時就應(yīng)充分考慮其能耗問題。機器人力學(xué)計算也表明，足式機器人的能耗通常低于輪式和履帶式 [7～9] 。(3) 兩足行走機器人具有廣闊的工作空間。由于行走系統(tǒng)的占地面積小，而活動范圍很大，所以為其配置的機械手提供了更大的活動空間，同時也可使機械手臂設(shè)計得較為短小緊湊。(4)兩足行走是生物界難度最高的步行動作。但其步行性能卻是其它步行結(jié)構(gòu)所無法比擬的。所以，仿人機器人的研制勢必要求并促進(jìn)機器人結(jié)構(gòu)的革命性的變化同時有力推進(jìn)機器人學(xué)及其它相關(guān)學(xué)科的發(fā)展 [12]。兩足機器人對機器人的機械結(jié)構(gòu)及驅(qū)動裝置提出了許多特殊要求，這將導(dǎo)致傳統(tǒng)機械的重大變革。兩足機器人是工程上少有的高階、非線性、非完整約束的多自由度系統(tǒng)。這對機器人的運動學(xué)、動力學(xué)及控制理論的研究提供了一個非常理想的實驗平臺。在對其研究的過程中很可能導(dǎo)致力學(xué)及控制領(lǐng)域中新理論、新方法的產(chǎn)生，另外，仿兩足機器人的研究還可以推動仿生學(xué)、人工智能、計算機圖形、通信等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。因此，兩足步行機器人的研制具有十分重大的價值和意義。4 兩足行走機器人的研制展望兩足行走機器人與輪式、履帶式機器人相比有許多突出的優(yōu)點和它們無法比擬的優(yōu)越性。但是由于受到機構(gòu)學(xué)、材料科學(xué)、計算機技術(shù)、控制技術(shù)、微電子學(xué)、通訊技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能、數(shù)學(xué)方法、仿生學(xué)等相關(guān)學(xué)科發(fā)展的制約。至今基本上仍處于實驗室研制的階段，尤其是雙足行走的速度、穩(wěn)定性及自適應(yīng)能力仍不是十分理想。只有在走穩(wěn)走好之后再加上臂部執(zhí)行機構(gòu)和智能結(jié)構(gòu)，才談得上真正的仿人 [12]。當(dāng)然，仿人不能僅僅局限于這些。還應(yīng)該模仿人類的視覺、觸覺、語言，甚至情感等功能。仿人機器人是許多技術(shù)的綜合、集成和提高。目前，主要的攻關(guān)項目還是行走功能的進(jìn)一步提高。日本本田公司生產(chǎn)的仿人機器人雖已走向市場化。但是，它的功能還很有限，離實際意義上的擬人化還有相當(dāng)?shù)囊欢尉嚯x，所以仿人機器人給科研工作者提供了廣闊的研究空間，提出了一個又一個新的挑戰(zhàn)!同時也促進(jìn)了許多相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，導(dǎo)致了一些新理論，新方法的出現(xiàn)。越來越多的科研工作者投入了這一新興的前沿學(xué)科。5 總結(jié)兩足步行是步行方式中自動化程度最高、最為復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng) [13]。兩足步行系統(tǒng)具有非常豐富的動力學(xué)特性，對步行的環(huán)境要求很低，既能在平地上行走，也能在非結(jié)構(gòu)性的復(fù)雜地面上行走，對環(huán)境有很好的適應(yīng)性。與其它足式機器人相比，雙足機器人具有支撐面積小，支撐面的形狀隨時間變化較大，質(zhì)心的相對位置高的特點。是其中最復(fù)雜，控制難度最大的動態(tài)系統(tǒng)。但由于雙足機器人比其它足式機器人具有更高的靈活性，因此具有自身獨特的優(yōu)勢，更適合在人類的生活或工作環(huán)境中與人類協(xié)同工作，而不需要專門為其對這些環(huán)境進(jìn)行大規(guī)模改造。例如代替危險作業(yè)環(huán)境中(如核電站內(nèi))的工作人員，在不平整地面上搬運貨物等等。此外將來社會環(huán)境的變化使得雙足機器人在護(hù)理老人、康復(fù)醫(yī)學(xué)以及一般家務(wù)處理等方面也有很大的潛力。參 考 文 獻(xiàn)[1] 馬香峰. 機器人機構(gòu)學(xué)[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 1991.[2] 王曉明．電動機的單片機控制．北京航空航天大學(xué)出版社，2003.[3] 吳瑞祥. 機器人技術(shù)及應(yīng)用[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1994. [4] 熊有倫. 機器人技術(shù)基礎(chǔ)[M].武漢：華中理工大學(xué)出版社，1996.[5] 王志良. 競賽機器人制作技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.[6] 馬香峰. 工業(yè)機器人的操作機設(shè)計[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，1996.9.[7] 余達(dá)太，馬香峰. 工業(yè)機器人應(yīng)用工程[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，1999.4.[8] 劉政華等． 機械電子學(xué)[M]．北京：國防科技大學(xué)出版社，1999.10.[9] Ernest L. Mallet. Robotics: A User-Friendly Introduction [M]. New York:CBS College Publishing, 1985.[10] Yore Koran. Robotics for Engineers [M].McGraw-Hill Book Company, 1985.[11] 張建民. 機電一體化原理與應(yīng)用[M]．國防科技大學(xué)出版社，1992.1[12] 曲家騏. 伺服控制系統(tǒng)中的傳感器[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1998.[13] 秦志強. 基礎(chǔ)機器人制作與編程[M]. 北京： 電子工業(yè)出版社，2007.[14] 高鐘毓. 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1997.2[15] 陳繼榮. 智能電子創(chuàng)新制作[M]. 北京：科技出版社，2007.[16] 張建民．機電一體化系統(tǒng)設(shè)計[M]．北京：北京理工大學(xué)出版社，1997.畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：1 課題目的與預(yù)期目標(biāo)微機原理及接口技術(shù)在各科領(lǐng)域有很廣泛的應(yīng)用，通過該課題的研究使學(xué)生掌握微機在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用方法，行走電路的設(shè)計、對電動機驅(qū)動與控制設(shè)計。同時使學(xué)生掌握工程設(shè)計的一般方法以及獨立分析問題和解決問題的能力，最終使學(xué)生的綜合素質(zhì)得以提高。2 主要研究的問題(1) 設(shè)計了兩足步行機器人的硬件電路選用高性能、低功耗的 8 位 AVR 微處理器，指令執(zhí)行時間為單個時鐘周期，速度快，控制精度高、I/O 口驅(qū)動能力更強，優(yōu)于 AT51、STC51 系列單片機。(2) 選擇設(shè)計了兩足步行機器人的控制軟件系統(tǒng)在操作系統(tǒng)下設(shè)計了應(yīng)用程序，實現(xiàn)了兩足機器人控制系統(tǒng)的各項功能，搭建了完整的兩足機器人控制系統(tǒng)軟件框架(3) 搭建了 17 自由度機器人雙腿的運動模式靜態(tài)步行模式分為 10 個靜態(tài)姿勢及其切換順序如圖 2 所示。圖2 兩足機器人行走步行模式畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告指導(dǎo)教師意見：1．對“文獻(xiàn)綜述”的評語：該生的文獻(xiàn)綜述結(jié)合所要研究地課題比較緊密，從文中可以看出該生對所要做地工作進(jìn)行了較深入地學(xué)習(xí)。2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設(shè)計（論文）結(jié)果的預(yù)測：本課題要做什么步驟敘述很清楚，設(shè)計思路正確，工作量合理，預(yù)計該生能順利并很好地完成該課題。指導(dǎo)教師： 年 月 日所在專業(yè)審查意見：負(fù)責(zé)人： 年 月 日各類畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q 號是 1714879127 該論文含配套的圖紙( 需購買)畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q*Q=1714879127南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）選題、審題表姓 名 路建萍 劉艷系　　部 機械工程系指導(dǎo)教師專業(yè)技術(shù)職 務(wù) 工程師 助教課題名稱 兩足行走機器人——行走控制部分設(shè)計適用專業(yè) 機械工程及自動化A B C D E A B C D課題性質(zhì)√ 課題來源 √大 適中 小 難 適中 易課題預(yù)計工作量大小 √課題預(yù)計難易程度 √課題簡介本課題源于“第一屆全國大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽”中兩足行走機器人。目前，機器人大多以輪子的形式實現(xiàn)行走功能階段。真正模仿人類用腿走路的機器人還不多，雖有一些六足、四足機器人涌現(xiàn)，但是兩足機器人還是鳳毛麟角。在機器人研究領(lǐng)域處于國際領(lǐng)先水平的日本，推出了諸如舞蹈機器人等雙足行走機器人，但成千上萬的傳感器和復(fù)雜的控制系統(tǒng)使這類機器人造價非常昂貴。我們這個課題，探索設(shè)計僅靠巧妙的機械裝置和簡單的控制系統(tǒng)就能實現(xiàn)模擬人類行走的機器人。其分功能有：交替邁腿、搖頭、擺大臂、擺小臂。課題應(yīng)完成的任務(wù)和對學(xué)生的要求1、課題調(diào)研、查閱資料，撰寫開題報告及外文翻譯； 2、總體方案論證及選擇； 3、完成機器人交替邁腿的控制部分設(shè)計； 4、撰寫設(shè)計說明書。所在專業(yè)審定意見：專業(yè)負(fù)責(zé)人(簽名)： 年 月 日注：本課題由 黃 俊 同學(xué)選定，學(xué)號： 05010213 注：1．該表由指導(dǎo)教師填寫，經(jīng)所在專業(yè)負(fù)責(zé)人簽名后生效，作為該專業(yè)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）選題使用；2．有關(guān)內(nèi)容的填寫見背面的填表說明，并在表中相應(yīng)欄內(nèi)打“√” ；3．課題一旦被學(xué)生選定，此表須放在學(xué)生“畢業(yè)設(shè)計（論文）資料袋”中存檔。各類畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q 號是 1714879127 該論文含配套的圖紙( 需購買)畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q*Q=1714879127填 表 說 明1．該表的填寫只針對 1 名學(xué)生做畢業(yè)設(shè)計（論文）時選擇使用，如同一課題由 2 名及 2 名以上同學(xué)選擇，應(yīng)在申報課題的名稱上加以區(qū)別（加副標(biāo)題） ，并且在“設(shè)計（論文）要求”一欄中說明。2． “課題性質(zhì)”一欄：A．產(chǎn)品設(shè)計；B．工程技術(shù)研究；C．軟件開發(fā)；D．研究論文或調(diào)研報告E．其它。3． “課題來源”一欄：A．自然（社會）科學(xué)基金與?。ú浚?、市級以上科研課題；B．企、事業(yè)單位委托課題；C．校、院（系）級基金課題；D．自擬課題。4． “課題簡介”一欄：主要指該課題的背景介紹、理論意義或?qū)嵱脙r值。各類畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q 號是 1714879127 該論文含配套的圖紙( 需購買)畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q*Q=1714879127該軟件有以下功能：1、速度控制設(shè)定功能：可以調(diào)試出任意速度，多路電機不同速度運行穩(wěn)定，實時性好，速度精準(zhǔn)，加速減速任意設(shè)。2、循環(huán)控制功能：讓您不必費心點擊鼠標(biāo)啦，反復(fù)調(diào)試更加易用，可作為小型工業(yè)機械手主控板，功能循環(huán)執(zhí)行，提供作業(yè)效率。3、指令保存功能：可以將您調(diào)試好的指令集保存，自動生成指令文檔，日期時間準(zhǔn)確，例如 robotcode20090107_1550，您也可以個性化自命名，避免讀取指令文檔錯誤或者重新編輯。4、指令讀取功能：只要輕松點擊“打開指令”按鍵，會進(jìn)入指令集文檔，選擇您要讀取的以往指令文檔，恢復(fù)當(dāng)前功能設(shè)置。5、控制動作完成時間功能：只要發(fā)送指令時間大于動作完成時間，您就可以任意設(shè)置動作的完成時間，軟件備有自動調(diào)整功能，可將電機轉(zhuǎn)動平滑過渡，避免了機器人定格控制缺陷。6、串口調(diào)試助手：不必再因打開其他調(diào)試軟件浪費時間了， “發(fā)送” 、 “清除”輕松點擊更加易用。7、藍(lán)牙識別功能：可以添加藍(lán)牙模塊，實現(xiàn)無線遠(yuǎn)程控制。各類畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q 號是 1714879127 該論文含配套的圖紙(需購買)畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q*Q=1714879127南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）中期檢查表學(xué)生姓名 黃俊 學(xué) 號 05010213 指導(dǎo)教師 路建萍 劉 艷課題名稱 兩足行走機器人—行走控制部分設(shè)計難易程度 偏難 適中 √ 偏易選題情況工作量 較大 合理 √ 較小任務(wù)書 有 √ 無開題報告 有 √ 無符合規(guī)范化 的要求外文翻譯質(zhì)量 優(yōu) 良 √ 中 差學(xué)習(xí)態(tài)度、出勤情況 好 √ 一般 差工作進(jìn)度 快 按計劃進(jìn)行 √ 慢中期工作匯報及解答問題情況優(yōu) 良 √ 中 差中期成績評定：良所在專業(yè)意見：在畢業(yè)設(shè)計期間，工作積極主動，學(xué)習(xí)態(tài)度良好，能夠按要求完成老師布置的各項任務(wù)。負(fù)責(zé)人： 年 月 日各類畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q 號是 1714879127 該論文含配套的圖紙(需購買)畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q*Q=1714879127南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書系 　 　 　 部 ： 機械工程系專 業(yè) ： 機械工程及自動化學(xué) 生 姓 名： 黃俊學(xué) 號：05010213設(shè) 計 (論 文 )題 目 ： 兩足行走機器人—行走控制部分設(shè)計起 迄 日 期 : 2009 年 3 月 9 日 ~ 6 月 14 日設(shè)計 (論文 )地點 : 南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院指 導(dǎo) 教 師 : 路建萍 劉 艷專 業(yè) 負(fù) 責(zé) 人 : 龔光容發(fā)任務(wù)書日期: 2009 年 2 月 26 日各類畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q 號是 1714879127 該論文含配套的圖紙(需購買)畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q*Q=1714879127畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）任 務(wù) 書1．本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題應(yīng)達(dá)到的目的：微機原理及接口技術(shù)在各科領(lǐng)域有很廣泛的應(yīng)用，通過該課題的研究使學(xué)生掌握微機在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用方法，輸入輸出通道的設(shè)計、定時計數(shù)器的設(shè)計、A ／D 及D／A 轉(zhuǎn)換、行走電路的設(shè)計、對電動機驅(qū)動與控制設(shè)計。同時使學(xué)生掌握工程設(shè)計的一般方法以及獨立分析問題和解決問題的能力，最終使學(xué)生的綜合素質(zhì)得以提高。2．本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：技術(shù)要求：熟悉微機及接口實驗板的使用方法。了解機器人行走控制系統(tǒng)的原理及設(shè)計方法?？傮w方案的設(shè)計。詳細(xì)方案的設(shè)計。調(diào)試硬件電路并編制相應(yīng)的控制程序。提交規(guī)范的設(shè)計文檔。條件：微機及相應(yīng)接口實驗板和控制功能芯片。各類畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q 號是 1714879127 該論文含配套的圖紙(需購買)畢業(yè)設(shè)計課程定做 Q*Q=1714879127畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）任 務(wù) 書3．對本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題成果的要求〔包括畢業(yè)設(shè)計論文、圖表、實物樣品等〕：（1）開題報告、文獻(xiàn)綜述、資料翻譯；（2）機器人行走控制系統(tǒng)的原理圖；（3）直流電動機的控制軟件；（4）畢業(yè)設(shè)計說明書。4．主要參考文獻(xiàn)：[1] 馬香峰. 機器人機構(gòu)學(xué)[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 1991.[2] 王曉明．電動機的單片機控制．北京航空航天大學(xué)出版社，2003.[3] 吳瑞祥. 機器人技術(shù)及應(yīng)用[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1994. [4] 熊有倫. 機器人技術(shù)基礎(chǔ)[M].武漢：華中理工大學(xué)出版社，1996.[5] 王志良. 競賽機器人制作技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.[6] 馬香峰等. 工業(yè)機器人的操作機設(shè)計[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，1996 年 9月.[7] 余達(dá)太，馬香峰. 工業(yè)機器人應(yīng)用工程[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，1999 年 4月.[8] 劉政華等. 機械電子學(xué)[M]．北京：國防科技大學(xué)出版社，1999.10.[9] Ernest L. Halletl. Robotics: A User-Friendly Introduction [M]. New York:CBS College Publishing,1985.[10] Yoram Koren. 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