【正文】 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 參考文獻 35 參 考 文 獻 [1] 譚冠政，朱劍英，尉忠信 ． 國內(nèi)外兩足步行機器人研究的歷史、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 [J]機器人 ， 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 ． 雙足步行機器人動態(tài)步行研究 [D]哈爾濱工業(yè)大學(xué)， 2020. [4] 張福學(xué)編著，機器人學(xué)智能 機器人傳感器技術(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]測控技術(shù)， 2020， 19(6)： 79. [6] 謝濤，徐建峰 .仿人機器人的研究歷史、現(xiàn)狀及展望 [J]機器人， 2020． 7： 80． 87. [7] Ishida T， KurokiY． Sensor system ofasmall biped entertainment robot[J]． Advanced Robotics， 2020， 18(10)： 10391052. [8] 劉志遠 .兩足機器人的動態(tài)行 走研究 [D]哈爾濱工業(yè)大學(xué)， 1991. [9] Chi Zhn,Atsuo kawamura， Walking Principle Analysis for Biped Robot with ZMP Concept,Friction Constraint,and Inverted Pendulum Modal[J]Proceedings of the 2020 IEEEIRSJ InU． Conference on Intelligent Robots and Systems Las Vegas， Nevada． October 2020， 364369. [10] 劉志遠，張銓 .雙足機器人動態(tài)行走時踝關(guān)節(jié)的力矩控制問題 [J]機器人， 1993， 2：3035. [11] S． Marchese， G． Muscato， Dynamically Stable Trajectory Synthesis for a Biped Robot duringthe SingleSupport vhase[A]2020 IEEE／ ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronies Proceedings 812 July 2020． Como， Italy39。在彎道的時候，可以適當(dāng)?shù)臏p小在彎道轉(zhuǎn)向的幅度，或者提高轉(zhuǎn)向時的速率，也可以通過減小轉(zhuǎn)向時間的方法達到機器人在彎道行走上的速度提升。實驗結(jié)果為： 圖 第三次比賽結(jié)果 如圖，藍色小車減少了與目標(biāo)紅色小車的距離，達到實驗?zāi)康?，所以實驗成功? } } 進行第一次實驗。 stop()。 wait( )。即： { drive( 0 , 21)。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，機器人將向 y 的正方向轉(zhuǎn)向 40，時間為 秒；傳感器 2 的反饋值不在 120 內(nèi)時，機器人將沿 x 方向前進 80，時間為 秒，再向 y 的負(fù)方向轉(zhuǎn)向 40，時間為 秒。 drive( 0 , 40)。 stop()。 wait( )。但在前文我們已經(jīng)提到了比賽隨機因為的原因，我們還需進行多次試驗。下面載同等條件下進行第二次試驗。我們將通過修改，將其速度改為 100，即 if(surf_1 = 120) { if(surf_2 = 120) { motor( 1 , 100)。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 比賽仿真和實驗結(jié)果 28 對目標(biāo)機器人直線運動時的程序調(diào)試 在前面的文章中，我們提到，當(dāng)該機器人的兩個驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)動速度相同時，該機器人將沿直線運動。但在前文已經(jīng)提到，由于該實驗具有一定的隨機因素，所以我們會采用多次實驗來驗證實驗需要的實驗結(jié)果。比賽的名攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 機器人控制編程與比賽建立 25 稱為機器人競走，比賽的場地為比賽環(huán)境，比賽的規(guī)則為機器人追逐賽，參賽機器人人分別為機器人 1 和機器人 2，機器人的坐標(biāo)和角度分別為（ 0,45）（ 0，45）和 0,180。 圖 新建比賽規(guī)則界面 比賽的建立 在比賽管理界面下建立一個新的比賽，比賽名稱為機器人競走，比賽場地為比賽環(huán)境，紅方為 1 隊，藍方為 2 隊，規(guī)則為機器人追逐賽。 代碼編輯 點擊仿真系統(tǒng)視圖切換區(qū)“流程圖編輯”，即進入 虛擬機器人機器人仿真系統(tǒng)“代碼編輯”視圖，在“代碼編輯”界面中可直接采用 JC 代碼編程，這樣編程更加靈活方便。 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（論文） 4 機器人控制編程與比賽建立 21 首先通過機器人前部的兩個地面灰度值傳感器檢測地面的灰度值，將反饋的數(shù)量進行分析。所以就會使實驗出現(xiàn)一定的隨機因素，在前文中已經(jīng)提到了。如果兩個驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動速度相同，但轉(zhuǎn)動方向相反時，機器人會繞著連接兩輪線段中心點旋轉(zhuǎn)。 圖 搭建的機器人 再在機器人的前部安裝兩個地面灰度傳感器，并通過右鍵菜單設(shè)置傳感器參數(shù)。如下圖所示： 圖 比賽環(huán)境環(huán)形跑道 如此，一個簡單的環(huán)形跑道就建立好了。 比賽環(huán)境的建立 進入 ASVROBOT 能力風(fēng)暴虛擬機器人仿真系統(tǒng)，點擊環(huán)境編輯，“環(huán)境編輯”視圖軟件界面如下： 圖 環(huán)境編輯界面 平面布局 在菜單欄點擊新建，建立一個空百的機器人活動場地。 4) 低成本的機器人教學(xué)。 6) 支持網(wǎng)絡(luò)聯(lián)賽。 2) 內(nèi)嵌堆棧式 C 語言解釋器，支持直接 C 代碼編程。 15) 支持網(wǎng)絡(luò)功能，用戶通過網(wǎng)絡(luò)將機器人上載到服務(wù)器上同場競技 (網(wǎng)絡(luò)版 )。 11) 自定義規(guī)則，規(guī)則能任意增加、修改。 7) 場地對象自由拖放、旋轉(zhuǎn)及修改。 3) 3D仿真環(huán)境，仿真比賽身臨其境。 客戶端除了能在單臺計算機上仿真，還能將設(shè)計好的場地和機器人上傳到服務(wù)器上與其它機器人進行比賽，同時能在本地觀看服務(wù)器上比賽實況。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地、搭建自己的機器人，并能通過流程圖或 C 代碼給設(shè)計的機器人編寫控制程序，在仿真環(huán)境中觀察機器人運行，給用戶親臨其境的感覺。本文也旨在這些方面能略盡微薄之力，為以后的相關(guān)研究提供一些咨詢和參考。而機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。 Vukobratovie 得出了一個有用的結(jié)論：步行姿態(tài)越平滑，雙足步行系統(tǒng)所消耗的功率就越少。 最早采用最優(yōu)理論來研究類人型雙足步行系統(tǒng)的是美國的 Jacobson 和Chow[30]。在雙足步行機器人的穩(wěn)定性研究方面，美國的Hcmami 等人曾提出將雙足步行系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制的簡化模型看作是一個倒立振子 (倒擺 )，從而可以將雙足步行的前進運動解釋為使振子直立移動的問題 [28]。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]”。他在整個 70 年代就雙足步行機器人的理論研究和假肢的設(shè)計發(fā)表了很多有影響的論文。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器入學(xué)專家 Vukobratovic[24]博士在 1969 年至 1972 年間提出來的。 1960 年，蘇聯(lián)學(xué)者頓斯科依 [20]表了著作“運動生物學(xué)”，從生物力學(xué)的角度，對人體運動學(xué)、動力學(xué)、能量特征和力學(xué)特征進行了一個詳細(xì)的描述。其他國家，尤其是歐洲的一些國家，步行機器人的研究水平也很高。在國內(nèi)，機器人產(chǎn)業(yè)剛剛起步，但增長的勢頭非常強勁，我國機器人經(jīng)過 20 多年的發(fā)展已在產(chǎn)業(yè)化的道路上邁開了步伐。它在系統(tǒng)集成、步態(tài)規(guī)劃和控制系統(tǒng)等方面實現(xiàn)了重大突破，標(biāo)志著我國雙足機器人研究已經(jīng)跨入世界先進行列。在 1989 年研制成功了一臺雙足行走機器人，這臺機器人具有 10 個自由度，能完成靜態(tài)步行和動態(tài)步行。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) [15]自 1985 年開始研制 雙足步行機器人，迄今為止已經(jīng)完成了三個型號的研制工作。比如：美國最近研制成功的 Big Dog 軍用機器人，能負(fù)重 100 公斤，行進速度跟人相當(dāng)，每小時達到五公里，還能適應(yīng)各種地形，即使是在側(cè)面受到?jīng)_擊時也能保持很好的系統(tǒng)穩(wěn)定性。目攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 緒論 6 前，日本除了比較關(guān)注特種機器人和服務(wù)機器人以外，還注重中間件的研制。這款機器人可以白行充電，幾乎達到了投產(chǎn)水平。索尼公司的第二代機器人 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。這使 ASIMO 的功能更加完善。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。這種設(shè)計的最大挑戰(zhàn)是要讓機器人在布滿家具的房間中來去自如，而且還要能上下樓梯。這款機器人在平地上走得很好，步速達 0． 23 米／秒。該機器人只有踝和靛兩個關(guān)節(jié)，操縱者靠力反饋感覺來保持機器人平衡。 機器人網(wǎng)絡(luò)化技術(shù) —— 網(wǎng)絡(luò)化使機器人由獨立的系統(tǒng)向群體系統(tǒng)發(fā)展，使遠距離操作監(jiān)控、維護及遙控腦型工廠成為可能，這是機器人技術(shù)發(fā)展的一個里程碑。 機器人應(yīng)用技術(shù) —— 機器人應(yīng)用技術(shù)主要包括機器人工作環(huán)境的優(yōu)化設(shè)計和智能作業(yè)。 機器人控制技術(shù) —— 目前重點研究開放式、模塊化控制系統(tǒng)，努力使人機界面更加友好，使機器人操作系統(tǒng)具有良好的語言及圖形編輯界面，同時機器人的控制器的標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化以及基于 PC 機網(wǎng)絡(luò)式控制器也成為研究熱點。 ③ 在教育、藝術(shù)和大眾服務(wù)行業(yè)等領(lǐng)域都有著潛在而廣闊的應(yīng)用前景。 雙足機 器人的應(yīng)用場所 雙足步行機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環(huán)境進行大規(guī)模改造。通過研究步行機器人，我們能夠更好地分析這些問題，得到真正的答案。 生物科學(xué)、仿生工程學(xué)的研究需要 研究開發(fā)雙足步行機器人的另一重要意義是為了更好的了解人類和其 他動物的行走機理，并為下肢癱瘓者提供較理想的假肢。因此，是集機構(gòu)學(xué)、機械設(shè)計、傳感技術(shù)、控制理論與技術(shù)、計算機技術(shù)等多學(xué)科技術(shù)為一體的綜合性技術(shù)。雙足機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 不需要專門為其對環(huán)境進行大規(guī)模改造。與其它足式機器人相比，雙足機器人具有更高的靈活性和獨特的優(yōu)勢，主要特點如下 [3]： ① 雙足機器人對步行環(huán)境 要求很低，能適應(yīng)各種地面且具有較高的逾越障礙的能力，不僅能夠在平面行走，而且能夠方便的上下臺階及通過不平整、不規(guī)則或較窄的路面，它的移動“盲區(qū)”很小。實驗和觀察研究表明，在崎嶇不平的堅硬地面上行駛 (行走 )的平均速度，履帶車輛為8~16 公里／小時；輪式車輛為 5～ 8 公里／ d,時；而足式運動的奔跑速度最高可達 56 公里／小時。足式運動系統(tǒng)卻可以通過松軟地面 (如沼澤、沙漠等 )以及跨越較大的障礙 (如溝、坎等 )。 雙足機器人不僅具有廣闊的工作空間，而且對步行的環(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。 正常人所能完成的基本動作一步行走，其實是一種非常復(fù)雜的運動，它需要對人全身的骨骼和肌肉進行復(fù)雜而巧妙的協(xié)調(diào)，而人的骨骼系統(tǒng)是由 206塊骨頭組成，肌肉系統(tǒng)則包括 327對肌肉，這是一個相當(dāng)復(fù)雜的系統(tǒng)，但在大腦的指揮下，人不但能完成步行，而且還能輕而易的舉完成其他 高難度的動作。當(dāng)下，國際上工業(yè)機器人已是成熟的產(chǎn)業(yè)。 關(guān)鍵詞 機器人，競走速度，傳感器，機器人控制 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） ABSTRACT II