【正文】 5 比賽仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果 28 對(duì)目標(biāo)機(jī)器人直線運(yùn)動(dòng)時(shí)的程序調(diào)試 在前面的文章中，我們提到，當(dāng)該機(jī)器人的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)動(dòng)速度相同時(shí)，該機(jī)器人將沿直線運(yùn)動(dòng)。下面載同等條件下進(jìn)行第二次試驗(yàn)。 wait( )。 drive( 0 , 40)。即： { drive( 0 , 21)。 stop()。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為： 圖 第三次比賽結(jié)果 如圖，藍(lán)色小車減少了與目標(biāo)紅色小車的距離，達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，所以?shí)驗(yàn)成功。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 參考文獻(xiàn) 35 參 考 文 獻(xiàn) [1] 譚冠政，朱劍英，尉忠信 ． 國(guó)內(nèi)外兩足步行機(jī)器人研究的歷史、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) [J]機(jī)器人 ， 1992． 14(3)： 6166. [2] J． Knani， Dynamic modelling of flexible robotic mechanisms and adaptive robust control oftrajectory puter simulationPart I[J]Applied Mathematical Modelling 2020， 26： l 1 131124. [3] 張學(xué)允 ． 雙足步行機(jī)器人動(dòng)態(tài)步行研究 [D]哈爾濱工業(yè)大學(xué)， 2020. [4] 張福學(xué)編著，機(jī)器人學(xué)智能 機(jī)器人傳感器技術(shù)． [M]電子工業(yè)出版社，北京， 1996， 9. [5] 鄭文波 .網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與控制系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新 [J]測(cè)控技術(shù)， 2020， 19(6)： 79. 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其中循線為子程序，該流程圖如圖： 圖 子程序流程圖 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 機(jī)器人控制編程與比賽建立 21 首先通過機(jī)器人前部的兩個(gè)地面灰度值傳感器檢測(cè)地面的灰度值，將反饋的數(shù)量進(jìn)行分析。如果兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)速度相同，但轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反時(shí)，機(jī)器人會(huì)繞著連接兩輪線段中心點(diǎn)旋轉(zhuǎn)。如下圖所示： 圖 比賽環(huán)境環(huán)形跑道 如此，一個(gè)簡(jiǎn)單的環(huán)形跑道就建立好了。 4) 低成本的機(jī)器人教學(xué)。 2) 內(nèi)嵌堆棧式 C 語言解釋器，支持直接 C 代碼編程。 11) 自定義規(guī)則，規(guī)則能任意增加、修改。 3) 3D仿真環(huán)境，仿真比賽身臨其境。系統(tǒng)采用 3D 仿真環(huán)境，通過仿真系統(tǒng)，用戶能快速搭建比賽場(chǎng)地、搭建自己的機(jī)器人，并能通過流程圖或 C 代碼給設(shè)計(jì)的機(jī)器人編寫控制程序，在仿真環(huán)境中觀察機(jī)器人運(yùn)行，給用戶親臨其境的感覺。而機(jī)器人行走速度的提速在工業(yè)、軍事、航空、醫(yī)療、及人道主義救援方面都有著重大的意義。 最早采用最優(yōu)理論來研究類人型雙足步行系統(tǒng)的是美國(guó)的 Jacobson 和Chow[30]。在步態(tài)研究方面，蘇聯(lián)的 Bessonov 和 Umnov 定義了“最優(yōu)步態(tài) [26]Kugushev 和Jaroshc、 skij 定義了“自由步態(tài) [27]”。有限狀態(tài)控制是由南斯拉夫的 Tomovic[21]在 1961 年提出來的，模型參考控制是由美國(guó)的 Farnsworth[22][23]在 1975 年提出來的，而算法控制是由南斯拉夫米哈依羅．鮑賓研究所著名的機(jī)器入學(xué)專家 Vukobratovic[24]博士在 1969 年至 1972 年間提出來的。其他國(guó)家，尤其是歐洲的一些國(guó)家，步行機(jī)器人的研究水平也很高。它在系統(tǒng)集成、步態(tài)規(guī)劃和控制系統(tǒng)等方面實(shí)現(xiàn)了重大突破，標(biāo)志著我國(guó)雙足機(jī)器人研究已經(jīng)跨入世界先進(jìn)行列。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) [15]自 1985 年開始研制 雙足步行機(jī)器人，迄今為止已經(jīng)完成了三個(gè)型號(hào)的研制工作。目攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論 6 前，日本除了比較關(guān)注特種機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人以外，還注重中間件的研制。索尼公司的第二代機(jī)器人 SDR_4X[12]展示了更為復(fù)雜的行走控制和更為豐富的通訊功能。應(yīng)用該技術(shù)， ASIMO 能夠改變它的行走坡度，并通過平滑地改變調(diào)節(jié)步幅來改變行走的快慢。這款機(jī)器人在平地上走得很好，步速達(dá) 0． 23 米／秒。 機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)化技術(shù) —— 網(wǎng)絡(luò)化使機(jī)器人由獨(dú)立的系統(tǒng)向群體系統(tǒng)發(fā)展，使遠(yuǎn)距離操作監(jiān)控、維護(hù)及遙控腦型工廠成為可能，這是機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的一個(gè)里程碑。 機(jī)器人控制技術(shù) —— 目前重點(diǎn)研究開放式、模塊化控制系統(tǒng)，努力使人機(jī)界面更加友好，使機(jī)器人操作系統(tǒng)具有良好的語言及圖形編輯界面，同時(shí)機(jī)器人的控制器的標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化以及基于 PC 機(jī)網(wǎng)絡(luò)式控制器也成為研究熱點(diǎn)。 雙足機(jī) 器人的應(yīng)用場(chǎng)所 雙足步行機(jī)器人能在與人類的生活和工作環(huán)境中與人類協(xié)同工作，而不需要專門為其對(duì)環(huán)境進(jìn)行大規(guī)模改造。 生物科學(xué)、仿生工程學(xué)的研究需要 研究開發(fā)雙足步行機(jī)器人的另一重要意義是為了更好的了解人類和其 他動(dòng)物的行走機(jī)理，并為下肢癱瘓者提供較理想的假肢。雙足機(jī)器人能在人類的生活和工作環(huán)境中與人類協(xié)同工作，而 不需要專門為其對(duì)環(huán)境進(jìn)行大規(guī)模改造。實(shí)驗(yàn)和觀察研究表明，在崎嶇不平的堅(jiān)硬地面上行駛 (行走 )的平均速度，履帶車輛為8~16 公里／小時(shí)；輪式車輛為 5～ 8 公里／ d,時(shí)；而足式運(yùn)動(dòng)的奔跑速度最高可達(dá) 56 公里／小時(shí)。 雙足機(jī)器人不僅具有廣闊的工作空間，而且對(duì)步行的環(huán)境要求很低，能適應(yīng)各種各樣地面且具有較高的逾越障礙的能力，其步行的性能是其它步行結(jié)構(gòu)無法比擬的。當(dāng)下，國(guó)際上工業(yè)機(jī)器人已是成熟的產(chǎn)業(yè)。為了更好的看到機(jī)器人競(jìng)走速度提升的效果，文章采用了類似于場(chǎng)地自行車追逐賽的比賽方式，這樣就能在兩個(gè)機(jī)器人的相互追逐中的速度對(duì)比發(fā)現(xiàn)目標(biāo)機(jī)器提速的效果。 在機(jī)器人的控制問題上，本文采用 差動(dòng)裝置來控制該機(jī)器人的運(yùn)動(dòng) ,由該機(jī)器人的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來達(dá)到控制機(jī)器人的目的。 雖然機(jī)器人的技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)日趨成熟，但是有關(guān)機(jī)器人的定義卻眾說紛紜，美國(guó)機(jī)器人工業(yè)協(xié)會(huì)給出的定義是：“機(jī)器人是一種可再編程的多功能操作機(jī)，通過可變的程序流程，以 完成多樣化的任務(wù)”。研究雙足行走機(jī)器人具有重要的意義。在有 25． 4 厘米 深的軟土地上，履帶車輛所需的推進(jìn)功率為10 馬力／噸；輪式車輛為 15 馬力／噸，而足式行走機(jī)只需 7 馬力／噸。目前，雙足步行機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域主要是康復(fù)醫(yī)學(xué)。盡管人類對(duì)腿和身體運(yùn)用自如，但對(duì)行走和奔跑的控制機(jī)制的理解仍處于初始階段。目前，雙足步行機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域主要有： [7] ① 為殘疾人 (下肢癱瘓者或截肢者 )提供室內(nèi)和戶外行走工具。 數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù) —— 目前正研究利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，探索高效的控制驅(qū)動(dòng)算法，提高系統(tǒng)的 響應(yīng)速度和控制精度。目前，機(jī)器人僅僅實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)通訊和控制，網(wǎng)絡(luò)化機(jī)器人是目前機(jī)器人研究中的熱點(diǎn)之一。日本加藤一郎教授于 1986 年研制出 wL 一 12 型雙足機(jī)器人 [9]，該機(jī)器人通過軀體運(yùn)動(dòng)來補(bǔ)償下肢的任意運(yùn)動(dòng)，在軀體的平衡作用下，實(shí)現(xiàn)了步行周期 1． 3 秒，步幅 30厘米的平地動(dòng)態(tài)步行。 Hirose 介紹說，只有 ASIMO 擁有這種動(dòng)態(tài)行走能力。 SDR． 4X 的集成實(shí)時(shí)自適應(yīng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)使它能夠在不規(guī)則的地形和斜坡上行走，即使受到外部壓力也能夠保持行走姿態(tài)。然而，近年來日本基本上在做模仿性的工作，突破性技術(shù)比較少。其中 HIT 一Ⅱ I 為 12 個(gè)自由度，實(shí)現(xiàn)了靜態(tài)步行和動(dòng)態(tài)步行，能夠完成前／后行、側(cè)行、轉(zhuǎn)彎、上下臺(tái)階及上斜坡等動(dòng)作。 在我國(guó)，機(jī)器人的真正使用到現(xiàn)在已經(jīng) 20 多年，已基本實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)、引進(jìn)到自主開發(fā)的轉(zhuǎn)變，促進(jìn)了我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展。國(guó)內(nèi)由于起步較晚，與國(guó)際最高水平還有一段差距，需要迎頭趕上。這三種控制攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論 8 方法之間有一定的內(nèi)在 聯(lián)系。這兩種步態(tài)不僅適應(yīng)于雙足而且也適應(yīng) 于多足步行機(jī)器人。他們?cè)?1971 年發(fā)表的論文中，以具有約束條件的力學(xué)模型和性能最優(yōu)準(zhǔn)則作為兩足步行優(yōu)化問題的核心，而以一種簡(jiǎn)化模型作為研究對(duì)象。例如，在工業(yè)方面可以提高工業(yè)生產(chǎn)的效率；在軍事方面可以快速的代替人力進(jìn)行偵查和彈藥運(yùn)輸?shù)确矫娴墓ぷ?；特別是在人道主義救援方面，可以極大的提高急救和災(zāi)害響應(yīng)的速度和效率，可以快速救出受災(zāi)的群眾，也可以快速的幫助救災(zāi) 人員搶救物資和運(yùn)輸必須的補(bǔ)給品。 ASVROBOT 有三個(gè)版本，即 ASVROBOT 單機(jī)版、網(wǎng)絡(luò)版服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)版客戶端。 4) 鼠標(biāo)與鍵盤雙重操作。 12) 自由組隊(duì)，每對(duì)機(jī)器人任選，只 受計(jì)算機(jī)性能和規(guī)則限制。 3) 能實(shí)現(xiàn)進(jìn)行機(jī)器人控制算法快速驗(yàn)證。 5) 虛擬機(jī)器人仿真比賽。 參數(shù)設(shè)定 通過右鍵菜單具體的按照要求設(shè)定參數(shù)。根據(jù)輪子不同的轉(zhuǎn)向，表 羅列出了該機(jī)器人的不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。首先判斷傳感器 1 反饋的數(shù)據(jù)，再判斷傳感器 2 反饋的數(shù)據(jù)。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 機(jī)器人控制編程與比賽建立 24 圖 比賽管理界面 機(jī)器人起始位置設(shè)定 運(yùn)用右鍵菜單設(shè)定機(jī)器人的坐標(biāo)位置與角度。只要其中的實(shí)驗(yàn)大部分能夠達(dá)到實(shí)驗(yàn)預(yù)期，則我們認(rèn)為實(shí)驗(yàn)成功。 motor( 2 , 100 )。在隨后的 10 次實(shí)驗(yàn)中，有 7 次藍(lán)色小車能有效的減少于目標(biāo)紅色小車的距離，所以我們認(rèn)為這種程序修改的提速方法可以達(dá)到目的。 } else { drive( 80 ,0)。 我們將通過對(duì)上述程序的修改于調(diào)試，以至于達(dá)到實(shí)驗(yàn)的目的。 stop()。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為： 圖 第一次比賽結(jié)果 如圖，我們可以看到，在比賽時(shí)間內(nèi)，藍(lán)色小車明顯的減少了與目標(biāo)紅色小車的距離，達(dá)到預(yù)期目的，所以本次實(shí)驗(yàn)成功。