仿生双足机器人机械控制研究论文(推荐3篇)
仿生双足机器人机械控制研究论文 篇一
随着人工智能和机器人技术的不断发展，仿生双足机器人成为了研究热点之一。仿生双足机器人的机械控制是其核心技术之一，对于实现机器人的稳定步行和灵活动作具有重要意义。本文将对仿生双足机器人的机械控制进行研究，并提出一种有效的控制方案。
首先，我们需要了解仿生双足机器人的机械结构。仿生双足机器人的机械结构一般由腿部和身体组成。腿部包括大腿、小腿和脚部，身体则包括躯干和头部。在机械控制中，我们需要考虑如何通过控制这些关节的运动来实现机器人的步行和动作。
其次，我们需要研究仿生双足机器人的动力学特性。动力学是研究物体运动的学科，对于机器人的机械控制来说，了解机器人的动力学特性非常重要。通过建立仿真模型，我们可以分析机器人在不同环境下的运动轨迹和力学特性，为机器人的控制方案提供理论基础。
接着，我们需要设计一个合适的控制算法。控制算法是实现机器人运动的关键，目前常用的控制算法包括PID控制算法和模糊控制算法等。在设计控制算法时，我们需要考虑机器人的稳定性、动态响应和能耗等因素，以实现机器人的稳定步行和灵活动作。
最后，我们需要进行仿真实验和实际测试。通过仿真实验，我们可以验证控制算法的有效性和稳定性，进一步优化算法参数。而实际测试则可以验证仿生双足机器人在实际环境下的运动能力和控制效果。
综上所述，仿生双足机器人的机械控制是实现机器人稳定步行和灵活动作的关键技术。本文通过研究机器人的机械结构和动力学特性，设计合适的控制算法，并进行仿真实验和实际测试，为实现仿生双足机器人的机械控制提供了有效的方案。
仿生双足机器人机械控制研究论文 篇二
随着人工智能和机器人技术的不断发展，仿生双足机器人成为了研究热点之一。机械控制作为仿生双足机器人的核心技术之一，对于实现机器人的稳定步行和灵活动作具有重要意义。本文将介绍最新的研究成果和进展，以及未来的发展方向。
最近的研究成果表明，通过合理设计机器人的机械结构和控制算法，可以实现仿生双足机器人的稳定步行和灵活动作。例如，研究人员通过改进机器人的关节设计和控制策略，实现了仿生双足机器人在不同地形上的步行和奔跑。另外，一些研究者还通过优化机器人的动力学特性和控制算法，实现了机器人的灵活动作，如踢球、跳跃等。
然而，目前的研究还存在一些挑战和问题。首先，机器人的稳定性和动态响应需要进一步提高。虽然已经取得了一些进展，但仍然存在机器人在不平衡状态下失去稳定性的情况。其次，机器人的能耗问题亟待解决。由于机器人需要消耗大量的能量来维持步行和动作，如何提高机器人的能源利用效率是一个重要问题。此外，机器人的控制算法还需要进一步优化和改进，以适应不同环境和任务的需求。
未来的发展方向包括进一步改进机器人的机械结构和动力学特性，提高机器人的稳定性和动态响应；研究新的控制算法，如深度学习和强化学习等，以提高机器人的智能性和适应性；探索新的能源技术和材料，以提高机器人的能源利用效率和续航能力。
综上所述，仿生双足机器人的机械控制是一个充满挑战和机遇的领域。通过合理设计机器人的机械结构和控制算法，我们可以实现机器人的稳定步行和灵活动作。未来的研究将继续探索新的技术和方法，以提高机器人的性能和应用范围。
仿生双足机器人机械控制研究论文 篇三
仿生双足机器人机械控制研究论文
摘要：基于嵌入式设计的仿生直立双足机器人的机械控制系统设计和实现。该机器人已有的仿造人类基本动作成果是以32位Cortex-M3架构的STM32F013ZET6控制芯片为系统处理数据核心，以机械控制系统为控制中枢。结合记忆系统导入的人类动作数据，基层平台支撑的机械结构，硬件部分的模拟与数字电子电路及程序控制部分的直接与多平衡算法间接反馈控制等。实际应用成果表明，该机器人系统调理清晰、操作简便。
关键词：仿生双足机器人；动作姿态采集；机械控制；控制
1概述
机器人技术被认为是对未来新兴产业发展具有重要意义的高新技术之一[1]。仿生机器人作为一种特殊的服务科技产品因其安全、高效、作业时间长，越来越受到人们的关注[2]。随着科学技术和生活经济水平的不断提高，社会上仍有不少行走困难的患者主要依靠轮椅或拐杖活动，生活上不能自理，在社会的活动范围及心理感受上都受到一定程度的负面影响。该项目设计的初衷是解决上述问题：通过各种相关技术设计一个仿生直立双足机器人，达到模仿人的动作的效果，为患者设计出更加理想的假肢。纵观我国假肢发展的趋势，控制方面趋向于智能控制[3]。因此，在协助人类生活的仿生机器人设备发展有良好的.前景。该仿生双足机器人研发中融合计算机、电子、机械、医学、仿生学等多门技术于一体，因此在整个系统的设计上统筹考虑确定完整可控的前提下保持不设计冗余。其程序控制系统主要是由机械控制系统，无线通信系统和电脑监控上位机等部分独立且又相互满栈配合运行，其中机械控制系统是本系统的设计核心。此外该机器人设计使用以STM32F013ZET6芯片为内核的系统主控制器，携带数字陀螺仪MPU6050传感器单元。并且采用HC-05无线蓝牙模块作为机器人控制和监控上位机的通信桥梁，负责将采集到的信息传输到监控上位机并传达监控上位机的控制指令，使机器人执行相应的控制动作。
2程序控制系统详解
2.1机械控制系统思路分析
本项目所研究的机器人需要仿生完成机器人的信息接收、信息处理、信息输出的功能，实现人性化、智能化[6]。在结构、感知、控制、智能等方面给出新方法以适应新环境、新任务、新需求[7]。其仿生是重点所在，如让该机器人类人行走，在相对平整的路面上行走时的动作是一个循环的过程，若在行走动作调试得精准的状态下平衡使用的必要性低。而机器人在走相对不平整的路面时，若仅依靠动记忆系统中导入的动作姿态来控制各伺服机显然不能满足仍正常行走的目的。因此在平衡算法控制何时干预动作问题中专门设计了一套适合该机器人的机械控制系统。该机械控制系统主要包括两个控制：动作
2.2动作姿态控制的采集及量化过程
仿生基础动作的实现有以下4个步骤：采集、分析处理整合、调试、记录。采集人类日常动作数据的过程是使用摄像头对动作进行连续拍摄，在同一个动作上采用多个方位的拍摄。分析采集动作数据结合了拍摄的人类动作取帧以及人类骨架结构节点对应。对上一步所取得的多个角度拍摄的连贯动作并获得该相同循环动作的图片帧，对比、计算并记录前后两帧的动作对应的人类骨架的节点，这时每个拍摄角度都有一套完整的动作帧数据。其中涉及到一个模糊的算法计算，在同一角度的循环动作分析计算上植入模糊算法用于模糊其中的由于人类自然抖动产生的不可预测的细微改变。当动作的采集分析封装完成后，将该动作封装导入到该仿生双足机器人的记忆系统中，该记忆系统在成型的程序体系中是以相对独立的调用形式存在。在机器人有动作指令接收到时，选择EEPROM地址段，寻找到该具体动作类型的物理地址并读取该动作数据，完成一个读取EEPROM的操作。
2.3PID平衡控制算法作用机理
平衡控制算法是该仿生双足机器人能够在实际的平整程度对比人类可不过于费力按比例缩减的动作发生平台上能够顺利地完成指定动作的保障。其中最主要使用的平衡算法是PID算法，在不同的路面情况下通过该算法给出相对应的反馈响应，给不同的需要使用的伺服机信号源发送即时的PWM信号脉冲，以保证该机器人的平衡维持在可控的范围内。该平衡控制程序是建立在传感器MPU6050及STM32F103ZET6平台上的算法。当传感器MPU6050采集到的数据经MCU计算后定位为不正常数据时，PID算法启动，计算偏差角度、添补调整角度，发送给PWM脉冲发生函数进行下一步的脉冲发送。本算法在原来的平衡算法PID的反馈程序的PWM信号脉冲的给定信号模式中使用了“同时”与“同速”两种模式。“同时”代表在相同或相差不会超过200ms的时间内完成所有PWM脉冲，“同速”表示所有PWM脉冲在单位时间内给定的脉冲数相同。
2.4MPU6050模块使用方法
由于陀螺仪在长时间平衡采集的情况下会出现采集数据不准确，而加速度计的工作机理正好相反，从而两种传感器恰好形成在时间长度上互补采集的关系，所以使用融合陀螺仪及加速度计两种传感器于一体的传感器模块mpu6050对平衡状态进行采集是较为可靠的。在MPU6050传感器中采集到的机器人平衡以及其他各项状态是以间隔为50ms的工作状态通过UART串口传输到MCU芯片中进行数据处理。
3结论
本项目所研发作品基于机械结构，硬件电路及机械控制等多模块设计共同协调统一。目前成果已可达到模仿人类基本动作的目的，但在解决动作僵硬及仿生程度使用到方法仍有大空间可继续改进，在更深层次的仿生效果上仍然不足。在基于目前已完成的机器人平台上，可进行纵向研发，整体往更加智能化，条理化，自动化进一步开发。这需要进一步完善机械结构至靠拢类人类下肢骨架结构，精确采集人类日常动作，增加感应器模块，深化反馈调节的算法环境及改进机械控制系统流程，实现自动扫描目标路径并完成包括自动避障的目标动作。
参考文献
[1]徐扬生.智能机器人引领高新技术发展[R].科学时报,2010.
[2]付庄,付为,殷晓光,曹其新,赵正言.基于蓝牙模块的导诊服务机器人无线通讯系统设计[J].中国康复医学杂志,2003.
[3]张更林,金宝士,张宇光.人体下肢假肢发展概况[Z].佳木斯大学学报(自然科学版),2002.
[4]愈志伟.双足机器人仿生机构设计与运动仿真[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学,2006.
[5]国海峰,刘泽乾,陈丹强.机载武器系统模拟训练仿真平台设计[J].计算机测量与控制,2010.
[6]范逸之,陈立元.VisualBasic与RS-232串行通信控制(最新版)[M].北京：清华大学出版社,2002.
[7]谭民,王硕.机器人技术研究进展[J].自动化学报,2013.
