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1、两足机器人系统的研究与实现项目简介1.1项目摘要双足或人形机器人，又称仿人机器人。双足机器人要实现动作的准确和控制的实时,必须依赖合理的控制策略和稳定的控制系统以及高效的微处理器。按照设计要求,本项目选定ATMEL公司的AVR系列单片机ATmegal28为控制核心,设计一套具有19个自由度的双足人形机器人及其控制系统。实现机器人能够在自主状态下实现前后平稳行走、单腿站立、侧向平移、左右转向行走、前后翻滚以及标准的体操动作等功能。1.2立项背景机器人是整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物,能实现环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能。机器人代表了科
2、学技术的最高水平,在工业、农业、医学建筑业甚至军事等领域中均有重要用途。宋健院士在国际自动控制联合会第14届大会报告中指出：“机器人学的进步和应用是20世纪自动控制最有说服力的成就,是当代最高意义上的自动化”。现在,国际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致。一般来说,人们都可以接受这种说法,即机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。联合国标准化组织采纳了美国机器人协会(RobotInstituteofAmerica,RIA)于1979年给机器人的定义：一种可编程和多功能的,用来搬运材料、零件、工具的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系
3、统。作为机器人研究领域的一个重要分支,双足机器人(HumanoidRobot)由于其广阔的应用空间一直是研究热点之一。所谓双足机器人,又称仿人机器人,是具有人形的机器人,是关节转动灵活,控制系统复杂,能完成高难度的动作的机器人。它是机械、自动控制技术、计算机技术、人工智能、微电子学、模式识别、通讯技术、传感器技术、仿生学等多学科和技术综合的结果,代表着一个国家高科技发展水平。研制与人类特征类似,具有人类智能、灵活性,并能与人类交流,不断适应环境的双足机器人一直是人类的努力的目标。1.3项目研究意义与传统机器人相比,双足机器人具有显著的优势,比一般机器人有更大的机动性、灵
4、活性,同时也具有更广泛的应用领域。双足机器人的出现是控制科学、传感器技术、人工智能、材料科学等学科的技术进步,以及机器人使用范围的扩大和人类日常生活需要的产物。双足机器人在工农业生产、科学探测、军事侦察、生活服务与娱乐等很多方面都有广泛的应用前景。首先双足机器人在拓展人类的认知范围上发挥着重要作用,在外层空间、深海等人类尚不能到达的环境都有双足机器人的身影；其次双足机器人己经广泛应用在恶劣、危险条件下或其它不适合人类活动的环境中。双足机器人的迅速发展和广泛应用,对人类社会的生活和生产产生了深远的影响。也正是因为双足机器人的广泛的应用背景和商业价值,所以近年来,双足机器人
5、成为机器人研究领域内的一个热点。1.1国内外研究现状现代机器人的研究始于20世纪60年代，最初为工业机器人。随着科学技术的发展，机器人的应用领域也在不断拓宽，逐渐由制造业向非制造业和服务行业发展。具有人类的外形特征，可以模仿人类行为的双足机器人早已出现。比如，本田机器人ASMO、索尼机器人QRIO和韩国KAIST机器人KHR-3等。目前很多国家都正在积极进行双足机器人的研发。主要有美国、日本、英国、韩国、法国、加拿大等。美国研究机器人较早，日本类人机器人研究成果最多。国内双足机器人的研究相对而言起步较晚,但发展很快,并取得了重要进展。我国自“八五”期间开始进入这一研究领
6、域,并在国家“863”计划把开发智能机器人的内容列入高科技发展规划中。机器人学国家重点实验室依托于中国科学院沈阳自动化研究所,定位于国民经济和社会发展、国家安全和重大科学工程提供所需要的机器人技术与系统。另外,各高校也是国内双足机器人研究中的主力军,并取得了很大的进展和成果。一、研究方案2.1研究内容（1）完成空间19个自由度（手臂、髋、膝、踝）的人型机器人结构设计及实现；（2）采用ATmegal28作为控制芯片,控制器负责给舵机和传感器模块发送指令,以及对双足机器人的运动进行控制；（3）在移动式机器人模拟软件Webots中搭建机器人平台，让后用C++编写实现前后平稳行
7、走、单腿站立、侧向平移、左右转向行走、前后翻滚以及标准的体操动作的驱动程序，检验其是否能完成要求的动作；（4）在设计好的软硬件平台上进行相关的实验,实现控制系统设计目标和要求。2.2研究方法和技术路线2.2.1人型机器人结构设计图2-1机器人自由度的配置根据项目的要求我们将19个自由度做了如上图的配置：其中头部有一个自由度，可以保证头部自由的旋转；每个手臂配置三个自由度，肩部2个自由度保证机器人可以完成左右伸展手臂和前后摆臂的动作，肘部一个自由度可以让其完成抬臂的动作；胯部有4个自由度，保证机器人横向移动和抬腿的动作；每条腿有三个自由度，
