雙足舞蹈機(jī)器人設(shè)計(jì)

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1、編號(hào)：45哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海)大一年度項(xiàng)目結(jié)題報(bào)告項(xiàng)目名稱：雙足舞蹈機(jī)器人的設(shè)計(jì)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：孫少偉學(xué)號(hào)：150220119聯(lián)系電話：15692150807電子郵箱：blisssun2010@163.com院系及專業(yè)：信息與電氣工程學(xué)院測(cè)控技術(shù)與儀器指導(dǎo)教師：麻志斌職稱：高級(jí)工程師聯(lián)系電話：13793390321電子郵箱：zbm0820@163.com院系及專業(yè)：信息與電氣工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心哈爾濱工業(yè)大學(xué)教務(wù)處制表填表日期：2016年7月15日7一、項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員（包括項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、按順序）姓名性別所在院學(xué)號(hào)聯(lián)系電話本人簽字孫少偉男信息與電氣工程學(xué)院1

2、5022011915692150807王澤文男信息與電氣工程學(xué)院15022012317863130950程冰雪女信息與電氣工程學(xué)院15025020517863136985二、指導(dǎo)教師意見(jiàn)簽名：年月日三、項(xiàng)目專家組意見(jiàn)組長(zhǎng)簽名：（學(xué)部蓋章）年月日四、項(xiàng)目成果序號(hào)名稱說(shuō)明1元電路設(shè)計(jì)主控、顯示和舵機(jī)模塊設(shè)計(jì)完成2程序研究主程序、航機(jī)控制部分程序完成3穩(wěn)定性研究基本實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)中的穩(wěn)定4整體運(yùn)行實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的直線向前、后退，擺臂7五、項(xiàng)目研究結(jié)題報(bào)告雙足舞蹈機(jī)器人的設(shè)計(jì)信息與電氣工程學(xué)院第一作者：孫少偉第二作者：程冰雪、王澤文指導(dǎo)教師：麻志斌職稱：高級(jí)

3、工程師摘要：本項(xiàng)目旨在設(shè)計(jì)一個(gè)多自由度的雙足舞蹈機(jī)器人，為實(shí)現(xiàn)舞蹈機(jī)器人控制的精確、簡(jiǎn)便，動(dòng)作表現(xiàn)的優(yōu)美，對(duì)成品雙足舞蹈機(jī)器人——Robonova-2MetalFighter進(jìn)行了二次開(kāi)發(fā)。此舞蹈機(jī)器人有17自由度，包括頭、腿、踝、胯、腰、肩、肘和頸等關(guān)節(jié)。設(shè)計(jì)一個(gè)舞蹈動(dòng)作須使多個(gè)電機(jī)協(xié)調(diào)動(dòng)作，動(dòng)作調(diào)試是一個(gè)非常繁瑣的過(guò)程，利用已開(kāi)發(fā)的、基于計(jì)算機(jī)上位機(jī)的動(dòng)態(tài)調(diào)試軟件來(lái)編排舞蹈動(dòng)作，并把相關(guān)的動(dòng)作數(shù)據(jù)傳送給下位機(jī)，最大限度地縮減了舞蹈動(dòng)作的設(shè)計(jì)和調(diào)試過(guò)程。在查閱大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，掌握了一定的ZMP理論應(yīng)用方法，將ZMP穩(wěn)定性理論應(yīng)用到雙足舞蹈機(jī)器

4、人的調(diào)試中。經(jīng)過(guò)大量的調(diào)試，最終實(shí)現(xiàn)了雙足舞蹈機(jī)器人的直行向前與后退，以及擺臂的動(dòng)作。關(guān)鍵詞：雙足機(jī)器人；舞蹈機(jī)器人；穩(wěn)定性；ZMP理論一立項(xiàng)背景已有3000多年歷史的機(jī)器人，在20世紀(jì)得到迅速的發(fā)展并在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用[1]。機(jī)器人是一個(gè)多學(xué)科和技術(shù)相交叉結(jié)合的應(yīng)用領(lǐng)域。它集中了機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、材料、傳感器、控制技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多門(mén)科學(xué)，代表了機(jī)電一體化的最高成就，代表著一個(gè)國(guó)家的高科技發(fā)展水平，是目前科技發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一。娛樂(lè)機(jī)器人是智能服務(wù)機(jī)器人的一個(gè)分支，具有極強(qiáng)的觀賞和趣味性，是一個(gè)系統(tǒng)化的工程設(shè)計(jì)。涉及到運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的

5、設(shè)計(jì)、制作、自動(dòng)控制和通信。擬人機(jī)器人是近來(lái)娛樂(lè)機(jī)器人的發(fā)展熱點(diǎn)。研究擬人機(jī)器人具有重要的科學(xué)意義：擬人機(jī)器人的研究模型為控制理論應(yīng)用及動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的研究提供了廣闊的天地。擬人機(jī)器人是一個(gè)多變量、強(qiáng)耦合、非線性和變結(jié)構(gòu)的復(fù)雜動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，其變姿態(tài)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及產(chǎn)生穩(wěn)定步行所需要解決的動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題，對(duì)于控制理論及動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的研究來(lái)說(shuō)，具有很大的挑戰(zhàn)。研究擬人機(jī)器人的步行運(yùn)動(dòng)，揭示了雙足步行運(yùn)動(dòng)的機(jī)理及控制規(guī)律。可為機(jī)器人提供靈活的操作平臺(tái)，使其能夠在惡劣的環(huán)境下工作，也為人類假肢的發(fā)展提供了有力的理論、技術(shù)支持。7雙足舞蹈機(jī)器人在實(shí)現(xiàn)人類基本的行走、抬

6、手、轉(zhuǎn)頭、鞠躬等動(dòng)作的基礎(chǔ)上，根據(jù)音樂(lè)給機(jī)器人編排不同的動(dòng)作，使機(jī)器人設(shè)計(jì)不再局限于科學(xué)研究，而使其觀賞性和藝術(shù)性大大提高，也使其具有很大的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)價(jià)值。例如，由日本東京國(guó)家信息通訊研究院的HidekiKozima與美國(guó)卡內(nèi)基-梅隆大學(xué)機(jī)器人技術(shù)研究所的馬雷科-麥克洛夫維奇(MarekMichalowski)共同開(kāi)發(fā)的微型機(jī)器人——Keepon跳舞機(jī)器人，用來(lái)幫助兒童孤獨(dú)癥者擺脫這種疾病的困擾。本項(xiàng)目研究的是雙足舞蹈機(jī)器人的設(shè)計(jì)，旨在以Robonova-2MetalFighter為研究對(duì)象，使用RoboBasic語(yǔ)言編寫(xiě)機(jī)器人的多組動(dòng)作，利用已開(kāi)

7、發(fā)的、基于計(jì)算機(jī)上位機(jī)的動(dòng)態(tài)調(diào)試軟件來(lái)編排舞蹈動(dòng)作，并把相關(guān)的動(dòng)作數(shù)據(jù)傳送給下位機(jī)，縮減了舞蹈動(dòng)作的設(shè)計(jì)和調(diào)試過(guò)程，實(shí)現(xiàn)雙足舞蹈機(jī)器人的規(guī)定動(dòng)作組，即舞蹈。二課題研究?jī)?nèi)容與方法1.穩(wěn)定性的研究雙足機(jī)器人在行走過(guò)程中，機(jī)器人與地面的接觸面積很小，很容易發(fā)生傾倒。而穩(wěn)定的步態(tài)是實(shí)現(xiàn)其它復(fù)雜功能的基礎(chǔ)和前提，所以穩(wěn)定性問(wèn)題一直是研究的重點(diǎn)，也是雙足機(jī)器人研究的首要問(wèn)題。伍科布拉托維奇提出的ZMP點(diǎn)理論，是研究雙足步行機(jī)器人穩(wěn)定性的經(jīng)典理論。伍氏這樣來(lái)描述穩(wěn)定區(qū)域的概念：雙足步行機(jī)器人步行運(yùn)動(dòng)中，由支撐的腳掌所組成的區(qū)域在水平面上的投影。在單腳支撐期間，

8、這一區(qū)域就是支撐腿的腳掌面；在雙腳支撐期間，這一區(qū)域?yàn)閮芍文_掌與地面的接觸點(diǎn)所構(gòu)成的最大區(qū)域。靜態(tài)步行時(shí)，機(jī)器人的重心的垂直位置始終落