一種小型雙足人形機器人平臺的研究與開發(fā)

　　人形機器人是近年來發(fā)展起來的高新技術(shù)密集的機電一體化產(chǎn)品，是集機構(gòu)學、傳感技術(shù)、控制理論與技術(shù)、計算機技術(shù)等多學科技術(shù)為一體綜合性平臺。其中，人形機器人實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定的雙足行走，對擴展機器人操作器的工作空間和促進康復醫(yī)學、仿生學、人工智能、計算機圖形學等相關(guān)學科的發(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器人的軟、硬件平臺及步態(tài)規(guī)劃進行了研究和開發(fā)，具體包括以下幾個方面： 1.機器人控制系統(tǒng)硬件平臺總體方案設(shè)計基于雙足人形機器人控制系統(tǒng)的要求，選擇了具有21個自由度的HGR-4M機器人作為機械本體，確定了主控機和感知傳感器的型號；以AVR單片機芯片—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舵機進行改進，設(shè)計了適用于機器人分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的新型伺服舵機，可減輕機器人布線的難度。 2.機器人軟件系統(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實時控制的核心程序設(shè)計，主控機實時接收、處理傳感器數(shù)據(jù)，判定機器人姿態(tài)；為了方便快捷地調(diào)試機器人的動作，設(shè)計了機器人動作調(diào)試軟件，此軟件可以實現(xiàn)對機器人各個關(guān)節(jié)的單獨控制和獲取機器人各個關(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、轉(zhuǎn)身、倒地爬起等基本動作；分析了影響機器人穩(wěn)定性的主要因素，主要包括機械誤差、舵機誤差、電源穩(wěn)定性等因素，并給出了一些提高人形機器人穩(wěn)定性的方法和建議。