双足舞蹈机器人设计

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1、编号：45哈尔滨工业大学(威海)大一年度项目结题报告项目名称：双足舞蹈机器人的设计项目负责人：孙少伟学号：150220119联系电话：15692150807电子邮箱：blisssun2010@163.com院系及专业：信息与电气工程学院测控技术与仪器指导教师：麻志斌职称：高级工程师联系电话：13793390321电子邮箱：zbm0820@163.com院系及专业：信息与电气工程学院实验中心哈尔滨工业大学教务处制表填表日期：2016年7月15日7一、项目团队成员（包括项目负责人、按顺序）姓名性别所在院学号联系电话本人签字孙少伟男信息与电气工程学院1

2、5022011915692150807王泽文男信息与电气工程学院15022012317863130950程冰雪女信息与电气工程学院15025020517863136985二、指导教师意见签名：年月日三、项目专家组意见组长签名：（学部盖章）年月日四、项目成果序号名称说明1元电路设计主控、显示和舵机模块设计完成2程序研究主程序、航机控制部分程序完成3稳定性研究基本实现机器人运动中的稳定4整体运行实现机器人的直线向前、后退，摆臂7五、项目研究结题报告双足舞蹈机器人的设计信息与电气工程学院第一作者：孙少伟第二作者：程冰雪、王泽文指导教师：麻志斌职称：高级

3、工程师摘要：本项目旨在设计一个多自由度的双足舞蹈机器人，为实现舞蹈机器人控制的精确、简便，动作表现的优美，对成品双足舞蹈机器人——Robonova-2MetalFighter进行了二次开发。此舞蹈机器人有17自由度，包括头、腿、踝、胯、腰、肩、肘和颈等关节。设计一个舞蹈动作须使多个电机协调动作，动作调试是一个非常繁琐的过程，利用已开发的、基于计算机上位机的动态调试软件来编排舞蹈动作，并把相关的动作数据传送给下位机，最大限度地缩减了舞蹈动作的设计和调试过程。在查阅大量文献的基础上，掌握了一定的ZMP理论应用方法，将ZMP稳定性理论应用到双足舞蹈机器

4、人的调试中。经过大量的调试，最终实现了双足舞蹈机器人的直行向前与后退，以及摆臂的动作。关键词：双足机器人；舞蹈机器人；稳定性；ZMP理论一立项背景已有3000多年历史的机器人，在20世纪得到迅速的发展并在工业中得到广泛应用[1]。机器人是一个多学科和技术相交叉结合的应用领域。它集中了机械、电子、计算机、材料、传感器、控制技术、人工智能、仿生学等多门科学，代表了机电一体化的最高成就，代表着一个国家的高科技发展水平，是目前科技发展最活跃的领域之一。娱乐机器人是智能服务机器人的一个分支，具有极强的观赏和趣味性，是一个系统化的工程设计。涉及到运动机器人的

5、设计、制作、自动控制和通信。拟人机器人是近来娱乐机器人的发展热点。研究拟人机器人具有重要的科学意义：拟人机器人的研究模型为控制理论应用及动力学问题的研究提供了广阔的天地。拟人机器人是一个多变量、强耦合、非线性和变结构的复杂动力学系统，其变姿态结构的稳定性及产生稳定步行所需要解决的动态平衡问题，对于控制理论及动力学问题的研究来说，具有很大的挑战。研究拟人机器人的步行运动，揭示了双足步行运动的机理及控制规律。可为机器人提供灵活的操作平台，使其能够在恶劣的环境下工作，也为人类假肢的发展提供了有力的理论、技术支持。7双足舞蹈机器人在实现人类基本的行走、抬

6、手、转头、鞠躬等动作的基础上，根据音乐给机器人编排不同的动作，使机器人设计不再局限于科学研究，而使其观赏性和艺术性大大提高，也使其具有很大的市场开发价值。例如，由日本东京国家信息通讯研究院的HidekiKozima与美国卡内基-梅隆大学机器人技术研究所的马雷科-麦克洛夫维奇(MarekMichalowski)共同开发的微型机器人——Keepon跳舞机器人，用来帮助儿童孤独症者摆脱这种疾病的困扰。本项目研究的是双足舞蹈机器人的设计，旨在以Robonova-2MetalFighter为研究对象，使用RoboBasic语言编写机器人的多组动作，利用已开

7、发的、基于计算机上位机的动态调试软件来编排舞蹈动作，并把相关的动作数据传送给下位机，缩减了舞蹈动作的设计和调试过程，实现双足舞蹈机器人的规定动作组，即舞蹈。二课题研究内容与方法1.稳定性的研究双足机器人在行走过程中，机器人与地面的接触面积很小，很容易发生倾倒。而稳定的步态是实现其它复杂功能的基础和前提，所以稳定性问题一直是研究的重点，也是双足机器人研究的首要问题。伍科布拉托维奇提出的ZMP点理论，是研究双足步行机器人稳定性的经典理论。伍氏这样来描述稳定区域的概念：双足步行机器人步行运动中，由支撑的脚掌所组成的区域在水平面上的投影。在单脚支撑期间，

8、这一区域就是支撑腿的脚掌面；在双脚支撑期间，这一区域为两支撑脚掌与地面的接触点所构成的最大区域。静态步行时，机器人的重心的垂直位置始终落