双足机器人制作及其步态运行.docx

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1、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（ArduinoIDE)。它构建于开放原始码simpleI/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ArduinoID

2、E，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，CenterofGravity）在机器人底部水平面的投影一直处在不规则的支撑区域（supportregion）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

3、位于支撑区域）。另一种使用的平衡控制方法是“动态步行”（dynamicwalking），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XZMP代表正向ZMP，Xmc代表质量中心前进的位移，l是倒

4、立摆的长度，g是重力加速度。一、实验设备序号名称型号与规格数量备注1亚克力板5mm10cm*20cm12激光切割机13ArduinoNaNO14舵机MG90S65AutodeskComputerAidedDesign6ArduinoIDE二、实验内容1.AutodeskComputerAidedDesign绘制样图上图为双足机器人脚部以及腿部，下图为头部1.lasercuttingmachine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

5、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

6、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：CNC3000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/min1.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

7、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MG90S型号舵机放入模型中，用相关螺丝进行对接。MG90S自带杜邦线，将arduinoNano用胶枪固定在双足机器人头部平面处。将六个MG90S舵机线分别插入arduinoNano的PWM3、PWM5、PWM6、PWM9、PWM10、PWM11引脚。2.ArduinoIDE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

8、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