【正文】 由于實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)器材和環(huán)境的限制，本文無法使用雙足機(jī)器人進(jìn)行具體的實(shí)驗(yàn)和調(diào)試，于是采用輪式機(jī)器人代替 雙足機(jī)器人進(jìn)行程序調(diào)試和仿真比賽。 本文采用多次試驗(yàn)的方式，通過了對兩個(gè)試驗(yàn)方案的驗(yàn)證，在多次實(shí)驗(yàn)中均有大部分實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚩头?shí)驗(yàn)的隨機(jī)因素成功的提升該機(jī)器人的行走速度，達(dá)到實(shí)驗(yàn)的預(yù)期效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為： 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 比賽仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果 33 圖 第二次比賽結(jié)果 如圖，藍(lán)色的小車并沒有減少于紅色小車的距離，固實(shí)驗(yàn)失敗，下面我們將在同等條件下進(jìn)行第三次實(shí)驗(yàn)。 wait( )。當(dāng)傳感器 1 的反饋值不 在 120 內(nèi)，傳感器 2 的反饋值在 120 內(nèi)時(shí)，機(jī)器人將向 y 的正方向轉(zhuǎn)向 20，時(shí)間為 秒；傳感器 2 的反饋值不在 120 內(nèi)時(shí)，機(jī)器人將沿 x 方向前進(jìn) 40，時(shí)間為 秒，再向 y 的負(fù)方向轉(zhuǎn)向 20，時(shí)間為 秒。 stop()。由之前的目標(biāo)程序可知該機(jī)器人在轉(zhuǎn)向時(shí)的程序?yàn)? { drive( 0 , 41)。試驗(yàn)結(jié)果為： 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 比賽仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果 29 圖 第一次實(shí)驗(yàn)結(jié)果 如圖，可以看到藍(lán)色的小車成功的在比賽時(shí)間內(nèi)追上了目標(biāo)的紅色小車，試驗(yàn)成功。我們主要將采用兩種方向?qū)C(jī)器人的程序進(jìn)行修改和調(diào)試。 圖 機(jī)器人位置設(shè)置 小結(jié) 對機(jī)器人的控制采用的是差動(dòng)裝置控制，通過地面灰度值傳感器反饋的數(shù)據(jù)，控制該機(jī)器人的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，以達(dá)到對機(jī)器人前進(jìn)和轉(zhuǎn)向的控制。如果傳感器 1 的數(shù)據(jù)不滿足要求，而傳感器 2 的數(shù)據(jù)滿足要求，則進(jìn)行右轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；如果傳感器 1 的數(shù)據(jù)不滿足要求，而傳感器 2 的數(shù)據(jù)也不滿足要求，則進(jìn) 行前進(jìn)再左轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)。在某些應(yīng)用中這中情況不會(huì)有問題，可以通過編程來避免，比如使機(jī)器人沿線走或在迷宮中尋找路線行走，但是讓機(jī)器人在空地上走直線恐怕不行。 “機(jī)器人編輯”視圖軟件界面如下： 圖 機(jī)器人編輯界面 在菜單欄點(diǎn)擊建立一個(gè)新的機(jī)器人 。機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)中，由于傳感器或環(huán)境等方面客觀因素存在一定的隨機(jī)性，固本實(shí)驗(yàn)采用多 次實(shí)驗(yàn)，如大部分能有效的減少于目標(biāo)機(jī)器人的距離，則視為實(shí)驗(yàn)成功。 5) 支持多機(jī)器人通常競技。 14) 自動(dòng)裁判和評分。 6) 對場地對象的顏色、紋理、材質(zhì)、顯示方式等自由設(shè)置。服務(wù)器能完成單機(jī)版所有功能，同時(shí)提供多機(jī)器人仿真比賽環(huán)境，并能將比賽實(shí)況通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行播放網(wǎng)絡(luò)版。本文將通過程序修改與調(diào)試，對機(jī)器人的行走速度進(jìn)行提升的嘗試與實(shí)驗(yàn)。 Vukobratovic 也曾對類人型雙足步行系統(tǒng)進(jìn)行了能量分析，但他僅限于導(dǎo)出各關(guān)節(jié)及整個(gè)步行系統(tǒng)的功率隨時(shí)問的變化關(guān)系，并沒有過多地涉及能耗最優(yōu)這個(gè)問題。如果地面非常粗糙不平，那么步行機(jī)器人在行走時(shí)，下一步腳應(yīng)放在什么地方，就不能根據(jù)固定的步序來考慮，而是應(yīng)該像登山運(yùn)動(dòng)員那樣走一步看一步，通過某一優(yōu)化準(zhǔn)則來確定，這就是所謂的自由步態(tài)。在雙足步行機(jī)器人的發(fā)展史上，Vukobratovic 博士是一個(gè)非常突出的人物。后來這種采用攝像機(jī)的方法又被 Demenyt[19]悃來研究人類的步行運(yùn)動(dòng)。我國的機(jī)器人從上世紀(jì) 80 年代 “ 七五 ” 科技攻關(guān)開始起步，在國家的支持下，通過 “ 十五 ” 、 “ 十一五 ” 科技攻關(guān)，目前已基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人；其中有 130 多臺(tái)套噴攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論 7 漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近 30 條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人已應(yīng) 用在汽車制造廠的焊裝線上，我國現(xiàn)有機(jī)器人研究開發(fā)和應(yīng)用工程單位200 多家，其中從事機(jī)器人研究和應(yīng)用的有 75 家，共開發(fā)生產(chǎn)各類機(jī)器人約 3000多臺(tái)， 90%以上用于生產(chǎn)，引進(jìn)機(jī)器人做應(yīng)用工程的約 1000 多臺(tái)。國防科技大學(xué) [16]也進(jìn)行了這方面的研究。再有，美國主要做高附加值的產(chǎn)業(yè)，比如軍用機(jī)器人，目前 世界銷售的 9000 臺(tái)軍用機(jī)器人之中，有 60%來自美國。最近，索尼公司又推出了改進(jìn)版的 SDR4XIl[13]，它身高 50 厘米，重量為 5 千克。 2020年 1 月本田又推出了新款的 ASIMO，它增加了兩個(gè)功能：一是識別人的狀況動(dòng)作、姿勢、面容、聲音；另一種是網(wǎng)絡(luò)接入功能。本田公司的計(jì)劃著重設(shè)計(jì)一般家用的機(jī)器人，而非針對特殊任務(wù)。 國外機(jī)器人研究狀況 最早在 1968 年，英國的 Mosher． R 試制了一臺(tái)名為“ Rig”的操縱型雙足步行機(jī)器人 [8]，揭開了雙足機(jī)器人研究的序幕。 多傳感系統(tǒng)技術(shù) —— 目前研究熱點(diǎn)集中在有效可行的（特別是在非線性及非平穩(wěn)非正態(tài)分布的情形下）多傳感器融合算法，以及解決傳感系統(tǒng)的實(shí)用化問題。 ② 極限環(huán)境下代替人工作業(yè)，如太空星球表面考察、海底勘探、水下資源的開發(fā)和設(shè)備維修、沉船的尋找和協(xié)助打撈 (代替浮游式機(jī)器人作為運(yùn)載工具，以減少推選器對水底的擾動(dòng) ，提高能見度 )；核電站內(nèi)的監(jiān)視和維護(hù)作業(yè) (如吸附式步行機(jī)對金屬壁容器的檢修 )；高層建筑玻璃的擦洗；管道的探傷和維修 (管內(nèi)爬行式機(jī)器人 )；遙控救災(zāi)、滅火；爆炸物的處置 (如探雷、排雷等 )；戰(zhàn)地偵察、警戒等。由于動(dòng)物和機(jī)器需要完成相同的任務(wù)，它們的控制系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)必須解決類似的問題。[4][5] 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論 3 雙足步行機(jī)器人的優(yōu)越性 雙足步行機(jī)器人不但具有雙足移動(dòng)的特點(diǎn)，還具有其它類人的智能特點(diǎn)，如手臂運(yùn)動(dòng)功能、手抓取物體功能、視覺功能、語音功能、自主決策功能等等。 雙足機(jī)器人的優(yōu)越性 步行機(jī)器人包括雙足、四足、六足和八足機(jī)器人等。輪式、履帶式車輛雖好，但當(dāng)在不平地面上行駛時(shí)，它們的能耗大大增加，而在松軟地面或嚴(yán)重崎嶇不平的地形上，車輪的作用將嚴(yán) 重喪失。姑且不管這些定義如何，但他們都包含了機(jī)器人的共性：①能模仿人的一些動(dòng)作；②具有一定的智力、感覺和識別能力；③是人造的機(jī)器或機(jī)械電子裝置。具體措施是在機(jī)器人前段安裝兩個(gè)傳感器，通過這兩個(gè)傳感器傳回的數(shù)據(jù)對兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的控制，轉(zhuǎn)而達(dá)到對機(jī)器人的控制。 本文對目標(biāo)機(jī)器人建立了完整的競走比賽環(huán)境，使機(jī)器人能在平面上實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)行走。自從本世紀(jì) 50年代美國人發(fā)明第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人以來，機(jī)器人的發(fā)展已近半個(gè)世紀(jì)了。 世界著名機(jī)器人專家，日本早稻田大學(xué)的加藤一郎教授說過：“機(jī)器人應(yīng)當(dāng)具有的最大特征之一是步行功能。這就給人們一種啟示，即足式運(yùn)動(dòng)方式具有其它地面推進(jìn)方式所不具備的獨(dú)特優(yōu)越性能。 ③雙足行走是生物界難度最高的步行動(dòng)作，但其步行性能卻是其它步行結(jié)構(gòu)所無法比擬的。它是智能機(jī)器人理論和技術(shù)的集中體現(xiàn)，能夠帶動(dòng)許多相關(guān)學(xué)科和技術(shù)的交叉發(fā)展和進(jìn)步。一旦對動(dòng)物行走機(jī)理有了正確的理解，可以反過來更有效地指導(dǎo)步行機(jī)器人的研究和開發(fā)。 機(jī)器人技術(shù)研究熱點(diǎn) 機(jī)器人技術(shù)雖然已經(jīng)取得了很大的發(fā)展，但是在很多方面還是有待完善。目前用于實(shí)踐的機(jī)器人作 業(yè)主要靠人的參與實(shí)現(xiàn)示教，缺乏自我學(xué)習(xí)和自我完善的能力。雙足機(jī)器人的攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論 5 研制成功，促進(jìn)了康復(fù)機(jī)器人的研制。 ASIMO 高 120 厘米，體重鈣千克，使用個(gè)人電腦或便攜式控制器操作步行方向和關(guān)節(jié)及手的動(dòng)作。它還能夠通過內(nèi)置無線 LAN 模塊訪問企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)或因特網(wǎng)，為用戶找出所需要的信息。它們采用分層遞解控制結(jié)構(gòu)，使雙足機(jī)器人實(shí)現(xiàn)站立、行走、爬坡和上下樓梯等。 國內(nèi)雙足機(jī)器人研究狀況 國內(nèi)雙足機(jī)器人的研制工作起步較晚。值得一提的是，北京理工大學(xué)研制成功我國首例擬人機(jī)器人BRH． 01，該機(jī)器人身高 1． 58 米，體重 76 公斤，具有 32 個(gè)自由度，每小時(shí)能夠行走 l 公里，步幅 O． 33 米。 雙足步行機(jī)器人研究的發(fā)展趨勢 概括起來，雙足步行機(jī)器人的發(fā)展趨勢包括如下十個(gè)方面：能動(dòng)態(tài)穩(wěn)定地高速步 行能以自由步態(tài)全方位靈活行走；具有良好的地形適應(yīng)性；具有極強(qiáng)的越障和避障能力；具有很高的載重／自重比；可靠性高、工作壽命長；具有豐富的內(nèi)感知和外感知系統(tǒng)；控制系統(tǒng)和能源裝置機(jī)載化；具有完全的自律能力；具有靈活的操作能力 (安裝一個(gè)或多個(gè)機(jī)械手 )。在 60 年代和 70 年代，對步行機(jī)器人控制理論的研究產(chǎn)生了三種非常重要的控制方法，即有限狀態(tài)控制、模型參考控制和算法控制。特別重要的是，他和 Stcpaako 博士一起在 1972 年提出了“零力矩點(diǎn) ZMP 的概念 [25]。在步行模式這方面的研究中，日本加藤一郎教授及其它作者1980 年提出了準(zhǔn)動(dòng)態(tài)步行的概念 [29]，這是一種介于靜態(tài)步行和動(dòng)態(tài)步行之間的步行方式。 1990 年，美國 Ohio 大學(xué)的 Y． F． Zheng[32]等人提 出了用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)雙足步行機(jī)器人動(dòng)態(tài)步行的觀點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了雙足機(jī)器人的動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)。也能到達(dá)本文探討的效果。 圖 ASVROBOT能力風(fēng)暴虛擬機(jī)器人仿真系統(tǒng) 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 能力暴風(fēng)機(jī)器人開發(fā)環(huán)境的簡介 11 主要功能 1) 可以采用 VJC流程圖編程，操作簡單，零起步學(xué)習(xí)軟件編程。 9) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器類型、數(shù)量、方位、參數(shù)任意設(shè)定，可自由設(shè)計(jì)自己的機(jī)器人。 17) 支持版本更新提示和在線升級功能 。 2) 機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器知識構(gòu)建、算法與程序設(shè)計(jì)教學(xué)。在以同樣的圓心， 40 為半徑畫圓，顏色為綠色，灰度值為 150，層數(shù)為 5 層。要注意的是這里我們稱的這個(gè)差動(dòng)裝置是因?yàn)闄C(jī)器人的運(yùn)動(dòng)矢量是由兩個(gè)獨(dú)立的部件產(chǎn)生的（它與 差速齒輪沒有關(guān)系，此裝置上沒有使用差速齒輪）。 流程圖編輯 點(diǎn)擊仿真系統(tǒng)視圖切換區(qū)“流程圖編輯”，即進(jìn)入 虛擬機(jī)器攀枝花學(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 19 人機(jī)器人仿真系統(tǒng)“流程圖編輯”視圖，該視圖提供了虛擬機(jī)器人驅(qū)動(dòng)程序可視化編程環(huán)境。 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 22 圖 仿真比賽界面 隊(duì)伍建立 在比賽管理菜單下的比賽隊(duì)伍管理界面建立兩個(gè)新的隊(duì) 伍，分別為一隊(duì)和二隊(duì)。 圖 加載 比賽界面 然后進(jìn)入相應(yīng)的比賽界面，如圖： 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 比賽仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果 27 圖 仿真比賽界面 然后在相關(guān)的工具欄點(diǎn)擊比賽開始，即可開始仿真比賽。 motor( 2 , 80 )。下面在同等條件下進(jìn)行第三次試驗(yàn)。 } } else { if(surf_2 = 120) { 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 比賽仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果 31 drive( 0 , 40)。 stop()。 stop()。 wait( )。攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文） 結(jié)論 34 結(jié) 論 提高機(jī)器人行走速度，有很多方法，本文采用的是根據(jù)不同的環(huán)境，改變不同的程序。Automation San Francisco， CA， April 2020. [15] 馬宏緒 .兩足步行機(jī)器人動(dòng)態(tài)步行研究 [D]中國國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)， 1995. [16] 竺長安 .兩足機(jī)器人系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)控制，中國國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士學(xué)位論 文， 1989. 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 參考文獻(xiàn) 36 [17] news． xinhua． corn/it/202012/30/content674499． htm. [18] 張偉 .雙足步行機(jī)器人的步態(tài)規(guī)劃 [J]計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用， 2020， 13： 214． 216. [19] Dickinson M， Farley C， FullR, et a1． How animals move intergrative view[J]Science,