基于六自由度雙足機器人機械設(shè)計畢業(yè)論文(已改無錯字)
2022-07-25 20:45:54 本頁面
【正文】 基于能量原理的規(guī)劃方法這種方法來源于一個生物學(xué)假設(shè)：人經(jīng)過千百萬年的進化，其行走方式是能量消耗最低的，而且還能保持步行的穩(wěn)定性。如果機器人也能滿足這個假設(shè)，則其行走方式將與人一樣或很接近。根據(jù)能耗最小原則可以建立一個變分方程，并最終得到機器人的軌跡方程。 基于力學(xué)穩(wěn)定性的規(guī)劃方法在機器人行走過程中，其ZMP點必須落在某個區(qū)域范圍之內(nèi)，只有這樣才能保證步行機器人穩(wěn)定地行走。實現(xiàn)方法有兩種：‘a(chǎn)．計算出理想的ZMP軌跡，然后推導(dǎo)出各個關(guān)節(jié)的運動函數(shù)以實現(xiàn)理想行走。b．先大致規(guī)劃出雙足和軀干的運動軌跡，然后進行ZMP計算，最后選出穩(wěn)定性最好的結(jié)果作為控制方程。相比后兩種方法，第一種方法更易于理解及掌握。所以本文將采用第一種方法，結(jié)合人體行走過程規(guī)劃機器人步態(tài)的參數(shù)化設(shè)計。 步態(tài)設(shè)計為了保證雙足競步機器人的行走穩(wěn)定，首先我們要知道雙足機器人的步態(tài)規(guī)則，要保證機器人的重心在行走中不變才能讓機器人處于穩(wěn)定狀態(tài)。雙足機器人的行走可以看作單腳支撐期和雙腳支撐期的交替，因此，可將步態(tài)規(guī)劃分為兩個獨立的階段： 1．?dāng)[動腿從支撐腿的后方擺動到支撐腿的前方。 2．機器人的重心從原來的支撐腿移動到下一步的支撐腿(原來的擺動腿)上。因此，在一個行走周期，先右側(cè)身，左腿邁步和落地，然后左側(cè)身，右腳邁步和落地。側(cè)身的幅度要根據(jù)機器人的機械結(jié)構(gòu)和重心的位置決定，這樣才能保證行走中的穩(wěn)定，行走方式如下圖41所示圖41 行走方式 舵機旋轉(zhuǎn)角度參數(shù) 舵機作為機器人得動力源直接決定著機器人的步態(tài)方式，而控制舵機的時基脈沖在程序里反映為一組參數(shù)。機器人舵機編號如圖42示圖42 機器人舵機編號由于在組裝過程中不能保證每個舵機都處于中間位置，所以根據(jù)舵機程序得出各舵機的參數(shù)也不相同。見表41表41 舵機旋轉(zhuǎn)角度實際參數(shù)值舵機編號123456立正時舵機參數(shù)148014001550155015001450舵機右旋30度參數(shù)168016001750175017001650舵機左旋30度參數(shù)128012001350135013001250用舵機控制程序結(jié)合步態(tài)規(guī)劃動作得出以下機器人動作流程參數(shù)值。見表42表42 機器人動作流程參數(shù)值舵機編號123456初始化148014001550155015001450點頭118017001550155015001450立正148014001550155015001450右傾148014001550155017001650左腿邁步168016001750175015001450左傾168016001750175012501200右腿邁步128012001350135015001450右傾148014001550155017001650立正148014001550155015001450疊腳148014001550155013001650立正148014001550155015001450右傾踢腿148018001550155017001650立正148014001550155015001450左傾踢腿108014001550155012501200立正148014001550155015001450 調(diào)試機器人在行走過程中出現(xiàn)了較大的抖動現(xiàn)象，進過查閱資料得出以下五點抖動原因： 電壓抖動舵機與單片機控制器采用兩個鋰電池供電，兩者不共地，并且分別用7807806穩(wěn)壓。經(jīng)測試電壓穩(wěn)定。 控制信號抖動用單片機P1口給6個舵機提供脈沖信號，經(jīng)示波器測試可知信號穩(wěn)定。 舵機扭矩不夠在行走中如果舵機不能夠提供機械動作所需的扭矩，機器人肯定會出現(xiàn)抖動現(xiàn)象。最初的設(shè)計方案是由一塊鋰電池經(jīng)7805穩(wěn)壓5V后單獨給單片機供電，另一塊鋰電池經(jīng)7806穩(wěn)壓6V后給六個舵機并口供電。雖然能夠供給舵機穩(wěn)定的6V電壓，但電流不足導(dǎo)致扭矩不夠，機器人出現(xiàn)抖動現(xiàn)象。解決方法： 電源, 舵機的電源采用兩塊2000毫安時鋰電池通過7806穩(wěn)壓6V分別給3個舵機供電。這樣抖動幅度明顯減少。 舵機配合不當(dāng)由于機器人機械設(shè)計的對稱性決定了機械動作必須對稱，不然勢必出現(xiàn)抖動現(xiàn)象。例如在跨步動作時，以舵機頂板為平面做垂直法線，則左腿前踢與右腿后踢、左腿屈膝與右腿屈膝必須保證以法線夾角相同，這樣才能
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