小型双足机器人的行走研究

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双足机器人的研制开始于上世纪六十年代末,虽然只有近四十年的历史,但研究工作进展迅速;由于双足机器人拥有独特的适应性和广阔的应用前景,国内外许多学者正从事于这一领域的研究,这门学科已成为撬器人领域的一个重要发展方向。 本文参考已有双足机器人的结构,选择舵机作为驱动源,设计实现了十自由度的小型双足机器人样机;然后以数字信号处理器TMS320F2812作为主控芯片,选择合适的传感器检测机器人的姿态以及和地面的接触状况,构建机器人的整体控制系统;根据TMS320F2812和舵机控制信号的特性,本文提出了一种用单个芯片控制32路舵机的方法。基于齐次变换矩阵和刚体变换的合成规则,本文推导出了双足机器人的正运动学模型和逆运动学模型,然后基于拉格朗基方程进行了机器人的动力学建模。 在介绍了静态行走和动态行走的稳定条件之后,本文从支撑区域面积的角度研究了八字脚的优劣问题,得出了在静止站立和小步幅慢速行走时脚尖适当向外偏一些有助于增加稳定性的结论。在样机上首先实现了左右摇摆、下蹲等比较简单的动作,然后设计了前向行走步态并做实验进行验证,最后实现了比较稳定的静态前向行走。
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