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1、編號：45哈爾濱工業(yè)大學(威海)大一年度項目結題報告項目名稱：雙足舞蹈機器人的設計項目負責人：孫少偉學號：150220119聯(lián)系電話：15692150807電子郵箱：blisssun2010@163.com院系及專業(yè)：信息與電氣工程學院測控技術與儀器指導教師：麻志斌職稱：高級工程師聯(lián)系電話：13793390321電子郵箱：zbm0820@163.com院系及專業(yè)：信息與電氣工程學院實驗中心哈爾濱工業(yè)大學教務處制表填表日期：2016年7月15日7一、項目團隊成員（包括項目負責人、按順序）姓名性別所在院學號聯(lián)系電話本人簽字孫少偉男信息與電氣工程學院1
2、5022011915692150807王澤文男信息與電氣工程學院15022012317863130950程冰雪女信息與電氣工程學院15025020517863136985二、指導教師意見簽名：年月日三、項目專家組意見組長簽名：（學部蓋章）年月日四、項目成果序號名稱說明1元電路設計主控、顯示和舵機模塊設計完成2程序研究主程序、航機控制部分程序完成3穩(wěn)定性研究基本實現(xiàn)機器人運動中的穩(wěn)定4整體運行實現(xiàn)機器人的直線向前、后退，擺臂7五、項目研究結題報告雙足舞蹈機器人的設計信息與電氣工程學院第一作者：孫少偉第二作者：程冰雪、王澤文指導教師：麻志斌職稱：高級
3、工程師摘要：本項目旨在設計一個多自由度的雙足舞蹈機器人，為實現(xiàn)舞蹈機器人控制的精確、簡便，動作表現(xiàn)的優(yōu)美，對成品雙足舞蹈機器人——Robonova-2MetalFighter進行了二次開發(fā)。此舞蹈機器人有17自由度，包括頭、腿、踝、胯、腰、肩、肘和頸等關節(jié)。設計一個舞蹈動作須使多個電機協(xié)調動作，動作調試是一個非常繁瑣的過程，利用已開發(fā)的、基于計算機上位機的動態(tài)調試軟件來編排舞蹈動作，并把相關的動作數(shù)據(jù)傳送給下位機，最大限度地縮減了舞蹈動作的設計和調試過程。在查閱大量文獻的基礎上，掌握了一定的ZMP理論應用方法，將ZMP穩(wěn)定性理論應用到雙足舞蹈機器
4、人的調試中。經過大量的調試，最終實現(xiàn)了雙足舞蹈機器人的直行向前與后退，以及擺臂的動作。關鍵詞：雙足機器人；舞蹈機器人；穩(wěn)定性；ZMP理論一立項背景已有3000多年歷史的機器人，在20世紀得到迅速的發(fā)展并在工業(yè)中得到廣泛應用[1]。機器人是一個多學科和技術相交叉結合的應用領域。它集中了機械、電子、計算機、材料、傳感器、控制技術、人工智能、仿生學等多門科學，代表了機電一體化的最高成就，代表著一個國家的高科技發(fā)展水平，是目前科技發(fā)展最活躍的領域之一。娛樂機器人是智能服務機器人的一個分支，具有極強的觀賞和趣味性，是一個系統(tǒng)化的工程設計。涉及到運動機器人的
5、設計、制作、自動控制和通信。擬人機器人是近來娛樂機器人的發(fā)展熱點。研究擬人機器人具有重要的科學意義：擬人機器人的研究模型為控制理論應用及動力學問題的研究提供了廣闊的天地。擬人機器人是一個多變量、強耦合、非線性和變結構的復雜動力學系統(tǒng)，其變姿態(tài)結構的穩(wěn)定性及產生穩(wěn)定步行所需要解決的動態(tài)平衡問題，對于控制理論及動力學問題的研究來說，具有很大的挑戰(zhàn)。研究擬人機器人的步行運動，揭示了雙足步行運動的機理及控制規(guī)律?？蔀闄C器人提供靈活的操作平臺，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、技術支持。7雙足舞蹈機器人在實現(xiàn)人類基本的行走、抬
6、手、轉頭、鞠躬等動作的基礎上，根據(jù)音樂給機器人編排不同的動作，使機器人設計不再局限于科學研究，而使其觀賞性和藝術性大大提高，也使其具有很大的市場開發(fā)價值。例如，由日本東京國家信息通訊研究院的HidekiKozima與美國卡內基-梅隆大學機器人技術研究所的馬雷科-麥克洛夫維奇(MarekMichalowski)共同開發(fā)的微型機器人——Keepon跳舞機器人，用來幫助兒童孤獨癥者擺脫這種疾病的困擾。本項目研究的是雙足舞蹈機器人的設計，旨在以Robonova-2MetalFighter為研究對象，使用RoboBasic語言編寫機器人的多組動作，利用已開
7、發(fā)的、基于計算機上位機的動態(tài)調試軟件來編排舞蹈動作，并把相關的動作數(shù)據(jù)傳送給下位機，縮減了舞蹈動作的設計和調試過程，實現(xiàn)雙足舞蹈機器人的規(guī)定動作組，即舞蹈。二課題研究內容與方法1.穩(wěn)定性的研究雙足機器人在行走過程中，機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)是實現(xiàn)其它復雜功能的基礎和前提，所以穩(wěn)定性問題一直是研究的重點，也是雙足機器人研究的首要問題。伍科布拉托維奇提出的ZMP點理論，是研究雙足步行機器人穩(wěn)定性的經典理論。伍氏這樣來描述穩(wěn)定區(qū)域的概念：雙足步行機器人步行運動中，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)域為兩支撐腳掌與地面的接觸點所構成的最大區(qū)域。靜態(tài)步行時，機器人的重心的垂直位置始終落
