人机交互式摆腰双足机器人的研究与开发

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仿人型双足机器人的根本目的是使双足机器人越来越与人相似,并在各种危险、繁重的工作领域渐渐代替人们进行工作。本文旨在搭建一款能够语音控制运动,并且能自由的与人进行智能对话的双足机器人。  在机器人机体结构设计阶段,依据对双足机器人的研究,双足机器人的速度限制的原因在于,双足在运动过程中,需要弯曲双膝,然后再重新寻找运动过程中的重心。本文提出了一种通过左右摆动的摆腰机构来保持机体稳定的无膝式双足机器人——摆腰双足机器人。首先,环境以及工作的需求,结合机构的工作原理在SolidWorks软件中建立三维模型,并结合材料、驱动确定机体详细参数。然后,依据广义坐标法建立运动学模型,得到正逆运动学方程,即在运动过程中摆腰双足机器人各个关节的位置、速度及加速度,并将结果带入到ZMP方程进行稳定性分析。最后,将建立好的模型导入到ADAMS软件中,设置环境参数进行运动学仿真,根据得到的仿真曲线分析摆腰双足机器人在运动过程中的稳定性。  为了使双足机器人能够语音控制运动,并且能自由的与人进行智能对话需要搭建一款适用的语音识别系统。首先,根据语音识别的基本原理,对比各种语音算法,结合中国汉语的特色,提出了一种基于RNN汉语中声母识别的改进算法,结合汉语语素特点,将识别到的语音信息拆分,前半部分为声母部分后半部分为韵母,循环识别声母,概率识别韵母,以提高单词的识别率;然后,结合解码打分机制提出了附加的自适应模块;最后,结合得到的改进算法与实际设备情况,编写设计了一种具有双语音库的在线识别系统,即本地离线语音库与云端语音库,在PC机上将搭建设计好的语音识别系统进行在线语音测试,观察测试结果。  最后,依据机器人机构与语音系统的需求设计人机交互式声控摆腰双足机器人的运行策略以及详细的运行过程,并且根据机体的大小对硬件设备进行选择,由于现有的条件无法完成软件系统的开发,故搭载硬件仿真实验,检验运行策略的可行性以及硬件电路的有效性。
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