两足行走机器人 头部、臂部控制部分设计

两足行走机器人 头部、臂部控制部分 本科毕业设计说明书(论文) 第 1 页 共 28 页 1 绪论 1.1 课题来源 本课题源于“第一届全国大学生机械创新设计大赛”中两足行走机器人。目前，机器人大多以轮子的形式实现行走功能阶段。真正模仿人类用腿走路的机器人还不多，虽有一些六足、四足机器人涌现，但是两足机器人还是凤毛麟角。在机器人研究领域处于国际领先水平的日本，推出了诸如舞蹈机器人等双足行走机器人，但成千上万的传感器和复杂的控制系统使这类机器人造价非常昂贵。我们这个课题，探索设计仅靠巧妙的机械装置和简单的控制系统就能实现模拟人类行走的机器人。其分功能有:交替迈腿、转弯、摇头、摆大臂、摆小臂。 1.2 课题研究的背景和意义 机器人的出现和应用是人类生产和社会进步的需要，是科学技术发展和生产工具进化的必然。机器人一词最早出现于1920年捷克作家Karel Capek的剧本《罗萨姆的万能机器人》中，在该剧中，机器人“Robota”这个词的本意是指苦力，是剧作家笔下的一个具有人的外表、特征和功能的机器，是一种人造的劳动力。随着现代科技的发展，机器人技术已经广泛应用于人类生活领域，研制具有人类外观特征、可模拟人类行走和其他动作的仿人机器人一直是人类的梦想之一。 机器人是一门综合性很强的科学，有着极其广泛的研究和应用领域。机器人技术是综合了计算机技术、信息融合技术、机构学、传感技术、仿生科学以及人工智能等多学科而形成的高新技术，它不仅涉及到线性、非线性、基于多种传感器信息控制以及实时控制技术，而且还包括复杂机电系统的建模、数字仿真技术及混合系统的控制研究等方面的技术。 仿人机器人是机器人技术中的一个重要研究课题，而双足机器人是仿人机器人研究的前奏。步行技术是人与大多数动物所具有的移动方式，是一种高度自动化的运动，双足步行系统具有非常复杂的动力学特性，对于环境具有很强的适应性，它相对轮式、履带式机器人具有无可比拟的优越性，它可以进入狭窄的作业空间，也可跨越障碍、上下台阶、斜坡及在不平整地面上工作，可以护理老人、康复医学以及在一般家庭的家政服务都可以应用。它适应环境的能力更强，因此具有更加广泛的应用前景。 在机器人的研制中，机器人仿真是机器人研究的一项重要的内容，它涉及机器人 本科毕业设计说明书(论文) 第 2 页 共 28 页 机构学、机器人运动学、机器人零件建模、仿真机器人三维实现和机器人的运动控制，是一项综合性有创新意义和实用价值的研究课题。仿真利用计算机可视化和面向对象的手段，模拟机器人的动态特性，帮助研究人员了解机器人工作空间的形态及极限，提示机构的合理运动及有效的控制算法，从而解决在机器人设计、制造以及运行过程中的问题，避免了直接操作实体可能会造成的事故或者不必要的损失。仿真也为机器人本体结构方案设计提供参考依据，并在这台机器上模拟能都实现的功能，使用户直接看到设计效果，及时找出缺点和不足进行改进，避免了大量的物力、人力的浪[1，2]费。 1.3 国外仿人机器人的介绍 就机器人而言，美国是最早研究机器人的国家，但日本后来居上，巧妙地将半导体和机械技术结合，从而在机器人这一领域超过了美国，位居世界第一。目前，全世界的机器人80%是日本制造的。仿人机器的研制开始于本世纪60年代末，只有三四十年的历史。然而，仿人机器人的研究工作进展迅速。国内外许多学者正从事于这一领域的研究，如今已成为机器人技术领域的主要研究方向之一。国际上许多国家都在研究，但每个国家都有自己的特色:日本偏向于模拟人的动作，欧洲主要应用在医疗服务方面，美国则主要作军事用途。 1.3.1 HODON仿人机器人 最据有影响力的仿人机器人还是HONDA的仿人机器人。1996年，当HONDA对外界公布其历经10年秘密研制成功的第2代HONDA仿人机器人样机P2(图1.1a)(身高1820mm，体宽600mm，体重210kg，共30个自由度)时，国际机器人学界为之震惊。P2是世界上第一台无缆的仿人机器人，它能行走和上下楼梯。P2的问世将双足步行机器人的研究工作推向了高潮，使本田公司在此领域处于世界绝对的领先的地位。1997年12月本田公司又推出了P3型双足步行机器人(图1.1b)，基本上与P2型相似，只是在重量和高度上有所降低(由原来的210kg降为130kg，高度由1800mm降为 [3]1600mm)，且使用了新型的镁材料。 2000年，P2和P3的缩小版ASIMO(图1.1c)问世，它身高1200mm，体宽450mm，体重52kg，共26个自由度，不仅可以行走、爬楼梯，识别各种各样的声音，还能通过头部的照相机捕捉到的画面和事先设计好的程序识别人类的各种手势运动以及10种不同的脸型。 仿人机器人实现跑步是划时代的技术。因为跑步时机器人的两脚在某一时段会同 本科毕业设计说明书(论文) 第 3 页 共 28 页 时离开地面。目前新一代ASIMO两脚离地时间可达0.08s，跳跃距离达50mm。为控制离地悬空状态下的平衡，本田公司对上肢体控制结构进行了改良，同时身体的扭动和 [3]腰关节的动作控制也有提高，这样的改进对快速跑步的控制起了很大的作用。 图1.1 HODON仿人机器人 1.3.2 HRP仿人机器人 日本产业技术综合研究所(METI)从1998年开始实施仿人机器人项目的研究，整个项目历经5年时间，于2002年研制出了HRP(图1.2)系列机器人。HRP-2身高155厘米，体重54公斤，有32个自由度，具体为6×2(腿部)+6×2(手臂)+2(腰部)+2(头部)+2×2(手指)=32。HRP-2的手臂有6个自由度(肩3,肘1,腕2),工作能力很强。腰部有2个自由度,使其成为第一款摔倒后能够自己爬起来的仿人机器人。大腿固定在臀部两侧外伸的悬臂上,从而使得腿部的灵活性增加,使得两个大腿内侧之间有比较小的碰撞，能够实现双腿的交叉，从而实现走模特步的功能。如图1.2所示。 图1.2 HRP仿人机器人 本科毕业设计说明书(论文) 第 4 页 共 28 页 1.3.3 索尼仿人机器人 日本索尼于2000年11月推出了仿人娱乐型机器人SDR-3X(Sony DreamRobot-3X)，SDR,3X是一个小型化的仿人机器人。其规格为身高500mm，体宽220mm，体重5kg，共24个自由度。其中自由度的分布为:头部2个，躯干部2个，手臂各4个，腿部各6个。SDR一3X的动作有以下7种，(1)最高速度为15m/分的前进/后退/左右横行;(2)在前进过程中左右转身(异步转90度);(3)由伏卧/仰状态起立;(4)单腿站立(在斜面上也可做此动作);(5)在凸凹不平的路面上行走;(6)踢球;(7)舞蹈。在2003年，最新型的SDR机器人:SDR-4X的增强版本SDR-4XII(图1.3)问世，它身高580mm，体宽270mm，体重7kg，共38个自由度。现在，它的名字改为QRIO。QRIO不仅能够行走，还可以躺下、站起、多机器人同步舞蹈。作为一个娱乐机器人，它可以与人共同生活，给人带来乐趣和愉悦。QRIO不久即将上市销售。如图1.3所示。 图1.3 索尼仿人机器人 1.3.4 韩国仿人机器人KHR 韩国科学技术院(KAIST)的吴俊浩教授于2002年1月正式投入智能机器人的开发，当年8月研制出韩国第一个智能机器人KHR-1的机身，2003年1月研制出了能步行的KHR-1。紧接着，当年12月研制了KHR-2 (图1.4左)的机身，2004年8月该款机器人就可以撤线独自行走。KHR-1身高1200mm，体重48kg，总共有21个自由度，其中下肢12个，手臂8个，腰部1个。KHR-2身高1200mm，体重54kg，总共有41个自由度，其分布状况:头部6个，手臂8个，手掌14个，腰部1个，下肢12个。在2004年12月22日，韩国科学技术院又宣布成功开发出新型智能机器人“HUBO”， 本科毕业设计说明书(论文) 第 5 页 共 28 页 该新型智能机器人身高1250mm，体重55kg，步幅超过300mm，每小时可步行1.2km，能识别和合成声音，两只眼睛能转动并具有良好的视觉功能。它的41个关节能轻柔地转动，5个手指能单独活动，能与人握手，会玩“石头、剪刀、布”游戏，还会跳布鲁斯舞。 图1.4 KHR-2和Hubo仿人机器人 1.4 国内仿人机器人的研究 我国已在“七五”计划中把机器人列人国家重点科研规划内容，拨巨款在沈阳建立了全国第一个机器人研究示范工程，全面展开了机器人基础理论与基础元器件研究。十几年来，相继研制出示教再现型的搬运、点焊、弧焊、喷漆、装配等门类齐全的工业机器人及水下作业、军用和特种机器人。目前，示教再现型机器人技术已基本成熟，并在工厂中推广应用。我国自行生产的机器人喷漆流水线在长春第一汽车厂及东风汽车厂投入运行。1986年3月开始的国家863高科技发展规划已列入研究、开发智能机器人的内容。就目前来看，我们应从生产和应用的角度出发，结合我国国情，加快生产结构简单、成本低廉的实用型机器人和某些特种机器人。 国内仿人机器人的研究也在863计划和自然科学基金的支持下持续开展了多年，如国防科技大学、哈尔滨工业大学、北京理工大学、清华大学、上海交通大学、中国 [4]科学技术大学等，都先后开始研制仿人机器人样机。 1.4.1 “先行者”仿人机器人 在我国，国防科技大学是最早研制出仿人机器人的高校。国防科技大学于1988年2月研制成功6关节平面运动双足步行机器人,于1990年又先后研制成功了10关 本科毕业设计说明书(论文) 第 6 页 共 28 页 节、12关节的空间运动型机器人系统,实现了人类所具备的基本行走功能。 2000年11月30日，“先行者”仿人机器人在国防科技大学研制成功。“先行者”身高140厘米，体重20公斤，具有仿人的下肢和简化的上肢，总共15个自由度;可以实现原地扭动、平地前进、后退、左右侧行、左右转弯等动作;手臂可以前后摆动，头部可以左右转动，眼睛可以演示各种眨眼动作，并具有一定的语言表达能力;行走频率每秒2步，动态步行快速自如，并可在小偏差、不确定环境中行走。在机械结构、控制系统结构、协调运动规划和控制方法等关键技术方面取得了一系列的突破。但“先行者”只能算是仿人机器人的雏形，在动作上尤其是上肢体动作方面远远没有达到类似人类的要求。如图1.5所示。 图1.5 “先行者”仿人机器人 1.4.2 BHR-01仿人机器人 目前比较新的成果是2002年12月北京理工大学研制成功的我国首个真正意义上的仿人机器人BHR-01，中文名叫“汇童”。 BHR-01身高158厘米,体重76公斤,有33个自由度,具体为6×2(腿部)+7×2(手臂)+0(腰部)+3(头部)+2×2(手指)=33。BHR-01能够模仿人类进行前进，后退，侧行，转弯，上下台阶，太极拳，刀术等动作。并且具有视觉、语音对话、力觉、平衡觉等功能;每小时能够行走1公里,步幅33厘米;此外还会腾空行走,并能根据自身的平衡状态和地面高度的变化实现未知路面的稳定行走。打太极拳、舞刀是BHR-01的特色，此仿人机器人的成功研制标志着我国已经掌握了集机构、控制、传感器、电源于一体的高度集成技术。如图1.6所示。 本科毕业设计说明书(论文) 第 7 页 共 28 页 图1.6 BHR仿人机器人 1.5 本课题研究内容 本文设计的主要内容是两足行走机器人的头部、臂部控制系统部分，完成机器人摇头、摆大臂和摆小臂控制部分的设计。 (1) 设计了两足步行机器人的硬件电路。 (2) 选择设计了两足步行机器人的控制软件系统。 (3) 完成毕业设计的同时，提出本设计的不足，指出需要改进的地方。 本科毕业设计说明书(论文) 第 8 页 共 28 页 2 两足步行机器人控制系统硬件 2.1 直流伺服电机的控制特性 执行机构可以说是机器人的核心，执行机构的选取直接影响到机器人的性能。执行机构的驱动类型一般包括液压、气动、电子方式。液压和气动的缺点是能量供应问题，机器人不可能随身携带，并且有较大的震动。因此，对于双足机器人，只考虑采 [5]用携带能源方便、震动小的电子驱动装置—电机。 直流伺服电机又称为舵机，本设计选用的舵机为“辉盛”MG945 12公斤全金属齿大扭力舵机。它不仅尺寸小，而且不需要另配减速器，具有控制简单，成本低的优点，能够很好的满足我们设计的机器人的要求。舵机是一种带有位置反馈的伺服电机，主要由外壳、电路板、无核心马达、齿轮组与位置检测器等组成。通过输入占空比不同的脉冲信号来控制舵机的输出轴的位置。其原理可由图2.1所示。 图2.1 舵机工作原理 2.2 机器人控制器系统 由于双足机器人使用17个舵机，若为每一个舵机均使用1 个单片机控制，显然不是一种经济的策略，也为整个系统带来了不必要的负担。为了满足多舵机的控制要求，根据舵机的驱动特性，采用独立单片机控制多个舵机的方法。 从控制角度来看，双足机器人自由度多，机构复杂，是一个多输入、多输出、非线性、强耦合的复杂系统。双足机器人的稳定行走，需要各个关节之间能够协调有序的运动，所以控制系统发出的各个关节的控制指令不仅要准确，而且要满足一定的时序要求。 32路伺服电机控制器是一套最具性价比的伺服电机控制器。可以控制多达32个伺服电机协调动作的软硬件结合系统，它不但能实现位置控制和速度控制，还具有时间 [6,9]延时断点发送指令功能。其主要由上位机软件和伺服电机驱动控制器组成。通过PC机操作上位机软件给控制器传递控制指令信号，即可实现多路伺服电机单独控制或同时控制，控制指令精简，控制转角精度高，波特率可以实时更改，体积小，重量轻， 本科毕业设计说明书(论文) 第 9 页 共 28 页 其可作为类人型机器人、仿生机器人、多自由度机械手的主控制器。图2.2为控制器的实物图，控制系统主板如图2.3所示。 图2.2 运动控制器 图2.3 控制系统框图 上位机是个人电脑，它与控制器通过串口通讯，电脑把规划好的步态数据的发送 本科毕业设计说明书(论文) 第 10 页 共 28 页 到控制器，控制器再根据相应的算法，为每个I/O口发送相应的舵机控制指令，即PWM波。 2.3 伺服电机控制板接口功能 图2.4 控制电路板各部分标识 2.3.1 DC5V直流电源接口? 此接口用于接插控制器控制部分供电电源。 2.3.2 控制部分电源端子接口? 此接口用于接插控制器控制部分供电电源，为增大用户选择电源电压范围，特设此接口。 2.3.3 伺服电机供电电源端子接口? 此接口用于接插伺服电机供电电源(由于伺服电机在重负载的情况下，会将放大器电压拉低，为防止影响控制器部分电压突变，应该将两部分分别供电)，工作电压: 本科毕业设计说明书(论文) 第 11 页 共 28 页 ，4V,，6V(普通伺服电机)，注意:由于不同型号的伺服电机的耗电不同，而且运行在带负载时，耗电也不同，所以请以实际使用为准。 2.3.4 外扩上位机系统供电接口? 此接口供电来源控制部分端子接口电源，可为自主开发的上位机(51系列、AVR系列、DSP、ARM等)板供电。 2.3.5 RS232串口通讯接头? 此端口使用RS232串口电平进行通讯，可以接插为用户提供的串口通讯线和计算机进行通讯，接收实时控制指令。 2.3.6 TTL通讯接口? 若使用此功能请将跳线帽取下，此接口可用于伺服电机控制器与其他单片机开发的上位机或BS2(Basic Stamp 2)通讯。注意接口标识符，TX、RX左侧排针分别联接伺 [10]服电机控制板微控器TXD、RXD引脚。 2.3.7 波特率设置拨码开关? 通过设置拨码开关，波特率可以在2400 960038.4k 115.2k四种数值中转换。注意:1代表ON，0代表OFF。 2.3.8 伺服电机通道接口?和标识符? 此接口可接插国际标准接口的伺服电机，包括模拟式和数字式两种。接口侧方有 [11]1,32通道的标注符，表示伺服电机受哪一通道信号控制。每一行可以接插一个伺服电机。整行接口上面有S/ + /-的标注，其中“-”表示接插伺服电机的地线(一般为黑色); “，”表示接插伺服电机的电源线(一般为红色); “S”表示signal(信号)接插伺服电机的控制信号线(一般为黄色或白色)。支持的伺服电机: Futabaor Hitec 以及国产品牌(如辉盛)等。 本科毕业设计说明书(论文) 第 12 页 共 28 页 3 硬件设计总体方案 3.1 核心电路 核心电路包括AVR核心处理器、JTAG调试接口、串口驱动电路和A/D转换基准电压电路，原理如图3.1所示。 图3.1 核心电路原理图 3.2 PWM信号控制原理 控制系统需要控制17个直流伺服电机，使两足步行机器人完成相应的动作。控制直流伺服电机的PWM信号的周期为20ms，高电平持续时间为0. 5ms至2. 5ms，占 [12,15]空比较小，最大仅为1/8，所以可以进行多路分时复用。本文使用了4个三态锁存器74HC595D 对PWM信号进行4路分时复用，一共可以得到32路独立的单边沿PWM信号，这样可以满足控制系统的要求。使用高性能电池供电，增加了机器人的灵活性.其舵机PWM信号控制电路原理如图3.2所示。 本科毕业设计说明书(论文) 第 13 页 共 28 页 图3.2 PWM信号控制原理图 本科毕业设计说明书(论文) 第 14 页 共 28 页 3.3 电源设计 直流伺服电机的电源要求为9V至12V，本文选用了电压为9V的高性能电池，直 [16]接作为直流伺服电机的电源。由于基于AVR的处理器和外设均使用3.3V电源电压，所以需要选用电源电压转换器进行电压转换。我们使用了一个直流电压转换芯片L78M05将电池的直流电源转换为相应的电流。 本科毕业设计说明书(论文) 第 15 页 共 28 页 4 两足步行机器人控制系统软件设计 Servo Control Software是实现伺服电机控制器通讯PC机上的专用WINDOWS控制软件，本软件操作控制简便，易学易用。其软件的操作界面如图4.1所示。 图4.1 Servo Control Software操作界面 4.1 串口设置 首先我们要做好前提工作，把舵机接线按照要求插在控制板上，再把串口接线插到电脑上，开通电源，打开操作软件，点击软件操作界面里的串口设置，选择合适的波特率，然后点确定，其操作方法如图4.2、图4.3、图4.4所示。 本科毕业设计说明书(论文) 第 16 页 共 28 页 图4.2 串口设置第一步 图4.3 串口设置第二步 图4.4 串口设置第三步 本科毕业设计说明书(论文) 第 17 页 共 28 页 4.2 控制通道设置 控制通道序号与控制板上的序号一一对应，根据设计需要可选择多路调控，伺服电机接线一定要与控制软件通道对应，避免出现控制无效现象。控制通道，如图4.5所示。将硬件设备接好，如图4.6所示。 图4.5 控制通道 图4.6 控制板接线示意图 单击鼠标左键软件与硬件连接,如图4.7所示。 本科毕业设计说明书(论文) 第 18 页 共 28 页 图4.7 串口连接设置图 4.3 操作设置 在控制软件的操作设置区域有“添加指令”、“指令修改”、“删除指令”、“运行指令”等按钮，分别实现不同的功能，如图4.8所示。 图4.8 操作设置区域 4.3.1 添加指令? 单击可以将调试好的指令保存。 4.3.2 指令修改? 对不合适的指令进行修改。 4.3.3 删除指令? 本科毕业设计说明书(论文) 第 19 页 共 28 页 删除不合适的指令。 4.3.4 运行指令? 运行调试指令。 4.3.5 电机复位? 将全部伺服电机复位。 4.3.6 退出? 退出控制。 4.4 控制指令回显区 调整好合适指令点击添加后，将会出现在回显区中。如图4.9所示。 图4.9 指令回显区 4.5 发送指令时间设置 拉动指令间隔时间滑杆可以调节发送指令间隔时间,以实现各舵机的协调工作,来完成复杂的动作,如图4.10所示。 图4.10 发送指令间隔时间控制区 本科毕业设计说明书(论文) 第 20 页 共 28 页 5 两足步行机器人运动模式的建立 双足步行机器人是一个多变量、强耦合、非线性和变结构的复杂动力学系统,是一门与仿生学、多刚体动力学、多传感器融合技术以及控制工程等多学科相结合的交 [17,19]叉学科,是机器人研究领域中的一个重要分支。双足行走方式具有高度的灵活性,特别适合于日常环境与人类协作完成各种任务,在康复、日常服务、危险环境作业等领域具有广阔的应用潜力。另一方面,由于双足机器人具有多关节、多驱动器和多传感器的特点,而且一般都具有冗余的自由度,这些特点对其控制问题带来了很大的难度,为各种控制和优化方法提供了理想的实验平台,使其吸引了许多学者的目光,成为 [20,22]一个瞩目的研究方向。 本设计中的机器人的机械结构，它具有17个自由度，驱动器为微型直流伺服电机。该机械结构左右对称，每个手臂具有3个自由度，分别为肩2个、肘1个;颈部有一个自由度。其每个舵机位置的标注如图5.1所示。 图5.1 腿部舵机的分布 5.1 静态双臂摆动模式的设计与实现 机器人开始运动之前必须有一个零位，即开始位置，为了制定机器人的零位，我们为机器人的每一个关节安装了一个限位开关，机器人一上电，我们让每个关节运动至限位开关处，以此位置作为零位参考点，第一次进行手动调节，调节到机器人的零 本科毕业设计说明书(论文) 第 21 页 共 28 页 位，把该位置信息到驱动器中，以后就可以在各个关节运动至限位开关处时，直接给出该位置，让机器人各个关节运动至零位。 每个手臂具有3个自由度，分别为肩2个、肘1个。所以双臂可以完成诸多复杂的动作,诸如:直臂、臂前后摆、直臂展开、弯肘等等。如图5.2右臂前摆。 图5.2 右臂前摆30度 5.2 姿态运动的软件实现 根据双臂的结构和运动模式，我们可以算出每个舵机转角的度数，再反馈到舵机控制软件Servo Control Software中。点击“添加指令”按钮，其控制回显区出现指令如下: 直臂 T1000 #10P1500#11P1500#12P1500#13P1500#14P1500#15P1500 右臂前摆30度左臂前摆30度 T1000 #10P1500#11P1500#12P1167#13P1167#14P1500#15P1500#16P1500 两臂展开90度 T1000 #10P1500#11P500#12P1500#13P1500#14P2500#15P1500#16P1500 右肘内弯90度 T1000 #10P2500#11P1500#12P500#13P1500#14P1500#15P1500#16P1500 头右转90度 T1000 #16P2500头左转T1000#16P500 本科毕业设计说明书(论文) 第 22 页 共 28 页 结束语 机器人有三个方面是我们必要去发展的理由:一个是机器人干人不愿意干的事，把人从有毒的、有害的、高温的或危险的，这样的环境中解放出来，同时机器人可以干不好干的活，比方说在汽车生产线上我们看到工人天天拿着一百多公斤的焊钳,一天焊几千个点，就重复性的劳动，一方面他很累，但是产品的质量仍然很低;另一方面机器人干人干不了的活，这也是非常重要的机器人发展的一个理由，比方说人们对太空的认识，人上不去的时候，叫机器人上天，上月球，以及到海洋，进入到人体的小机器人，以及在微观环境下，对原子分子进行搬迁的机器人，都是人们不可达的工作。 两足步行机器人是个广泛应用在教学、科研、比赛和娱乐等方面的机器人，集机械学、电子学、控制科学、计算机、数学等于一体。本文根据当前两足步行机器人控制系统中常用的处理器和操作系统各自的特点，选用高性能、低功耗的 8 位AVR微处理器，指令执行时间为单个时钟周期，速度快，控制精度高、I/O口驱动能力更强，优于AT51、STC51系列单片机。并对两足步行机器人进行了运动学分析和静态步行设计，实现在机器人在平面上的稳定行走。 在前期工作中，我们设计了双足机器人的机械结构，对其进行了步态规划，并通过建立虚拟样机对双足机器人的机械结构、控制算法、步态规划进行了大量的仿真实验，仿真结果表明，我们所采用的方案是可行的。在方案可行的情况下，我们开始了物理样机的研制。在机构加工、装配基本完成，控制和功率放大电路正常工作的基础上，我们开始对物理样机进行调试。为了保证调试的顺利进行，我们按如下顺序进行:首先进行单关节调试，这一步无任何问题后再进行关节的组合调试。 在前期的装配工作中已经进行过单关节调试，装配是按关节进行的，从踝关节装，从下到上最后是髋关节，调试的目的有两个: (1)测试各关节机构(包括电机、减速器)是否工作正常 (2)标识各个关节的运动方向 本科毕业设计说明书(论文) 第 23 页 共 28 页 这样边装配边检测可以保证装配的顺利进行，一旦发现问题可以及时改正。在装配完成之后还要进行单关节的调试，目的有两个: (1)测量各个关节实际运动范围; (2)零位的制定。 在单关节调试完成之后，进行多关节联合调试。之所以对关节进行联合调试，是基于以下几点考虑的: (1)单个关节虽然已经调试通过，但多关节之间能否有效地配合起来尚不清楚; (2)供电部分在能够有效的支持单电机工作的情况下，能否同样支持多电机同时工作; (3)检测各个关节联合调试的实时性; (4)无论从编程实现，还是控制方案实施来看，多关节联合调试跟单关节调试有本质的不同，可以发现一些隐藏的问题，及时加以解决，便于下一步实验的进行，同时可以给调试人员积累一些调试经验，为进一步调试打下基础。 该课题在以后还有很多要进一步改进和研究的地方: (1) 机器人使用更为先进的处理器，如ARM系列处理器和PC104, PowerPC等单板计算机; (2) 本次用的舵机驱动力不是很大，勉强满足机器人驱动要求; (3) 对双足机器人的行走的稳定性认识不是很足，没能使机器人能够实现自然、快速稳定的行走; (4) 规划时使用的理想模型与实际的物理本体有一定的差距，不能精确反映实际的情况; (5) 控制系统发出的控制信号与舵机执行的结果存在误差，不能完全复现规划的结果。 本科毕业设计说明书(论文) 第 24 页 共 28 页 致 谢 本课题是在刘 艳导师的悉心关怀和指导下完成的。刘老师严谨的科研态度、渊博的专业知识给我留下了深刻的印象。在三个多月的学习和生活中，老师在学习、科研都给予了我耐心的指导和无微不至的关怀，并提出了许多宝贵的意见。从刘老师那里，我不但学到了科研的方法，还学到了很多为人处世的道理。这些都将成为我今后学习与工作中的宝贵财富。在此，我要向辛勤培养我的刘老师表示深深的谢意～ 在课题研究的整个阶段，张少文老师给了我不少的指导和建议，在此向他们表示衷心的感谢～ 同时还要感谢双足机器人研究小组的其他成员:许峰、黄俊、徐昕晏、徐超。他们给予了我很大的帮助和支持。 当然也要感谢我的同学和朋友们，感谢他们一直以来对我的关心和支持～ 最后感谢父母亲人们在生活上对我的关心和照顾，我的人生道路上的每个成就都永远有他们的功劳。 本科毕业设计说明书(论文) 第 25 页 共 28 页 参 考 文 献 [1] 石宗英，徐文立，冯元馄等. 仿人型机器人动态步行控制方法[J]. 机器人, 2001. 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