2017年中国工程机器人双足竞步项目交叉足赛

中国工程机器人国际公开赛第1页2017中国工程机器人大赛暨国际公开赛（RoboWork）双足竞步项目交叉足赛技术报告参赛学校：菏泽学院队伍名称：天泽队参赛队员：隋浩祝远波商滕伟带队教师：周景雷二〇一七年五月中国工程机器人国际公开赛第2页摘要机器人技术代表了机电一体化的最高成就，是二十世纪人类最伟大的成果之一，其中双足步行机器人因其体积相对较小，对非结构性环境具有较好的适应性，避障能力强，移动盲区很小等优良的品质，越来越受到人们的关注，因此对其控制研究和步态规划具有相当的现实意义。本文的主要介绍了双足竞步机器人的国内外发展情况，以及PWM指令算法和舵机的联动控制，通过认真的研究人类行走方式以及翻跟斗的动作，对机器人的行走步态进行简单的规划，设计出简化结构模型，然后以此为基础进行了适当的调整，设计出符合交叉足竞步机器人比赛要求的全部动作程序，设计完成后将程序下载到实验样机中，验证程序设计的可行性和合理性，通过反复的修改和验证使得机器人能顺利的完成比赛任务。关键词：双足步行机器人；步态规划；PWM控制ABSTRACTRobotictechnologyrepresentstheelectromechanicalintegrationthegreatestachievementofthe20thcentury,isoneofthegreatachievementofhumanbeings,thebipedrobotroboteventhoughonlythehistoryofnearly40years,butbecauseofitsuniqueadaptabilityandhumannature,becametherobottoanimportantdevelopingdirectionoffield.Topicswhichaimstodesignabipedalhumanoidrobotplatform,basedonthebipedalrobot,walkinggaitforbetterfinishtasksmatting.Becauseofmulti-jointrobothasfeet,driveandmultisensorcharacteristics,andgenerallyhaveredundantfreedom,thesefeaturestoitscontrolproblemhasbroughtgreatdifficulty,butalsoforvariouscontrolandoptimizationmethodprovidesanidealexperimentalplatform,makeitsattractedmanyscholarseyes,becomeablockbusterresearchdirection,andsothebipedrobotgaitplanningandcontrolstudynotonlyhashighacademicvalue,butalsohasquitepracticalsignificance.Basedonthestudyofhumanwalkingstyleprocessandsimplifytheprocessafterwalkingwithasimplifiedmodel,torealizethesteeringgearPWMrobotiseffectivelycontrolled.Thepapermainlydiscussedthedynamicwalkingplanning,designandsimulation,detailedresearchusingPWMcontroltechnologytoachievethelinkageofthesteeringgearcontrolmorethan.Keywords：Bipedrobot；Gaitplanning；PWMcontrol中国工程机器人国际公开赛第3页目录第一章引言/综述...............................................5第二章系统整体设计............................................52.1机器人的简述.........................................52.2机器人的组成.........................................52.3双足机器人的主要研究.................................5第三章机械结构设计............................................63.1结构简介...............................................63.2动力源的选择...........................................63.3机构具体设计...........................................63.4躯干机构设计...........................................73.5机载安装空间设计.......................................7第四章硬件设计................................................94.1支架...................................................94.1.1支架参数.........................................94.1.2支架特点.........................................94.2舵机...................................................94.2.1舵机特点.........................................94.2.2舵机参数.........................................94.3锂电池.................................................104.4舵机控制板.............................................104.4.1STM32F103的结构与功能...............................104.4.2参数.............................................11第五章软件设计................................................145.1上位机软件.............................................145.1.1全局操作窗口.....................................145.1.2偏差操作窗口.....................................145.1.3舵机滑块功能介绍.................................155.1.4动作数据显示区...................................155.1.5动作编写及在线调试窗口...........................165.1.6文件操作窗口.....................................175.2舵机调试...............................................17第六章系统开发与调试..........................................17第七章结论....................................................18参考文献......................................................19致谢..........................................................19中国工程机器人国际公开赛第4页第一章引言/综述交叉足机器人是目前机器人研究的主要方向，我们通过计算机器人的质量.舵机角度.自由度等，来调整步幅和步速，本次采用的是STM32F103RBT6单片机作为双足机器人的主核心控制单元，采用了4个180°舵机和2个270°舵机，使其完成走步，前翻，后翻等动作。机器人自主的完成一系列动作走过赛道，其实现的主要动作有（向前走五步，前翻五个跟斗，然后再向前走五步，后翻五个跟斗，最后一直走向终点）研究的主要有舵机的控制和角度的输出控制，STM32F103RBT6单片机的编程能力，机器人的步态规划和设计。研究的过程主要有舵机角度的计算，PWM输出与角度的对应关系，STM32F103RBT6编程的学习与实际应用，程序的修改与完善等几个步骤。机器人是作为现代高新技术的重要象征和发展结果，已经广泛应用于国民生产的各个领域，并正在给人类传统的生产模式带来革命性的变化，影响着人们生活的方方面面。在研究和开发及不确定环境下作业的机器人的过程中，人们逐步认识到机器人技术的本质是感知、决策、行动和交互技术的结合。随着人们对机器人技术智能化本质认识的加深，机器人技术开始源源不断地向人类活动的各个领域渗透。结合这些领域的应用特点，人们发展了各式各样的具有感知、决策、行动和交互能力的特种机器人和各种智能机器，如移动机器人、微机器人、水下机器人、医疗机器人、军用机器人、空中空间机器人、娱乐机器人等。机器人技术是一门综合了传感与检测、运动控制、图形图像处理等技术的新型学科，它融合了机械、电子、传感器、计算机硬件、软件、人工智能等许多学科的知识，涉及到当前许多前沿领域的技术。随着电子技术的飞速发展，智能机器人在越来越多的领域发挥着人类无法代替的作用。机器人能力的评价标准包括：智能，指感觉和感知，包括记忆、运算、比较、鉴别、判断、决策、学习和逻辑推理等；机能，指变通性、通用性或空间占有性等；物理能，指力、速度、连续运行能力、可靠性、联用性、寿命等。因此，可以说机器人是具有生物功能的三维空间坐标机器。第二章系统整体设计2.1机器人的简述国外双足机器人的研究早在上世纪80年代就已形成热潮，并且提出了许多系统的建模及控制的理论和方法，因此机器人成为作为现代高薪技术的重要象征和发展的结果。现在机器人的应用已经开始在各个行业出现，并且正在给人类的传统生产和生活模式带来革命性的变化。中国工程机器人国际公开赛第5页在人类的不断努力下，人类终于认识到了机器人技术的本质是感知，决策，行动和交互。因此人类不断的向其中渗透，并结合其特点设计了各式各样的智能机器人，如灭火机器人，医疗机器人，分类机器人，水下机器人，军用机器人，娱乐机器人，宣传介绍机器人等。现在的先进智能机器人已经结合了传感与检测技术，人机交互技术，学习能力，感情识别能力等一系列的类人能力。他融合了机械，电子，传感器，计算机，人工智能的学科知识，涉及到了许多的前沿技术。如今的机器人有如下的功能：感知，智能，记忆，运算，比较，判断，学习，可靠性，寿命长等。2.2机器人的组成两个270°舵机，四个180°舵机，一块2200STM32F103RBT6主控。2.3双足机器人的主要研究本次机器人主要运用STM32F103RBT6主控，使机器人具备自主决策和自主判断能力，使用四个180°舵机和两个270°舵机作为关节驱动舵机行走，使用PWM信号来控制舵机完成相应动作，主要动作有：从起点到终点（先向前走五步，向前翻五个跟头，然后向前走五步，向后翻五个跟头，