拟人机器人运动设计及制作 - 图文(2)

目 录 3.5.5 拟人机器人整体装配模型 ............................ - 28 - 3.6 本章小结................................................ - 29 - 第4章 机器人制作 ........................................... - 31 - 4.1 材料与型材选择.......................................... - 31 -

4.1.1 机器人结构材料的选择 .............................. - 31 - 4.1.2 机器人舵机的选择 .................................. - 32 - 4.1.3 机器人CPU的选择 ................................. - 33 - 4.2 单片机外围接口电路...................................... - 34 -

4.4舵机的控制方法 ...................................... - 36 - 4.5 单片机端软件设计........................................ - 36 - 4.6 本章小结................................................ - 37 - 结 论 ...................................................... - 38 - 致 谢 ...................................................... - 39 - 参考文献 .................................................... - 40 -

IV

第1章 绪 论 第1章 绪 论

1.1 课题背景

从1920年捷克斯洛伐克作家卡佩克在他的一本科幻小说--《罗萨姆的机器人万能公司》中构思和幻想了第一个名字叫罗伯特(Robot)的机器人，到1947年美国橡树岭国家实验室研制成功第一台主从遥控机器人，再到2004年3月9日索尼公司的人形机器人“QRIO”在东京市举行的节目彩排中登台亮相，担任乐队指挥，机器人的研制取得了巨大的发展。机器人已经发展成为一种产业，方兴未艾。

机器人技术是多门学科和技术的集成，涉及到机器人学、机电控制、人工智能、通讯、计算机、传感器技术等多个领域的前沿研究。一般来说，机器人主要可分为两类：一类是用于制造环境下的工业机器人如焊接、搬运、喷漆机器人等；另一类是用于非制造环境下的特种机器人如服务、医疗、娱乐机器人等。随着计算机、控制、传感等技术和人工智能理论的发展，机器人技术正得到突飞猛进的发展。机器人已被广泛应用于工业领域的各行各业，从事如焊接、搬运、装配等工作：同时其也被逐渐应用于军事、医疗和其它一些服务行业。

机器入主要由执行机构和控制系统组成，如果将执行机构比作为人的肌体，则控制系统就可比作人的大脑和神经中枢，因而机器人的先进程度与能强弱通常都直接与其控制系统的性能密切相关。机器人控制系统是根据指令及传感信息控制机器人完成一定的动作或作业任务的装置，它是机器人的心脏，决定了机器人性能的优劣。作为机器人的核心部分，机器人控制系统是影响机器人性能的关键部分之一，它从一定程度上影响着机器人的发展。

机器人分类方法很多，也很复杂，按应用领域分类可以分为服务机器人，军用机器人，空间机器人，水下机器人和医疗机器人。按机械结构坐标布置形式分类可以分为直角坐标型机器人，圆柱坐标型机器人，球坐标型机器人和关节型机器人。按技术发展进程分类，一般认为有三代机器人：第一代机器人（可编程机器人及遥控操作机），这种机器人可根据操作人员所编写的程序完成一些简单重读性工作，遥控操作的每一步动作都要靠工作人员发出；第二代机器人（感知机器人）带有外部传感器，可进行离线编程。能在传感器系统支持下，具有不同程度感知环境并自行修改程序的功能。第三代机器人（智能机器人），这一代机器人不仅具有高度发达的感觉装置，如视觉系统，测距系统和语音识别系统，可以对环境进行感知，分析，还具有一定的决策和规划能力。能根据

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东北电力大学本科毕业论文 人的命令或按照所处的环境，自行做出决策，规划动作，完成任务。国内外都在进行第三代机器人的探索和研究，这类机器人主要有装配机器人，外层空间机器人，资源开发机器人，拟人机器人和军事机器人[1]。

世界著名机器人学专家，日本旱稻田大学的加一郎教授说过：“机器人应当具有的最大特征之一是步行功能”[2]。步行是人与大多数生物所具有的移动方式，包括双足步行，四足和六足步行，其中双足步行是各种步行方式中自动化程度最高，最为复杂的。双足步行机器人作为一种移动式机器人，它与轮式，履带式机器人相比更适应各种地面，并具有较强的逾越障碍的能力；另外步行机器人的能耗通常低于轮式和履带式机器人，即能耗较小双足步行机器人是多门基础学科，多项高技术的集成，代表了机器人的尖端技术。它不仅是一个国家高科技综合水平的重要标志，也在人类生产，生活中有着广泛的用途。研究双足步行机器人的科学意义主要有如下几点：

（1）双足行走是生物界难度最高的步行动作，但其步行性能却是其他步行结构所无法比拟的[3]。两足机器人的研制势必要求并促进机器人结构的革命性的变化，同时有力推进机器人学及其他相关学科的发展。

（2）两足步行机器人是工程上少有的高阶，非线性，非完整约束的多自由度，多变量，强耦合和变结构复杂动力学系统，其动态平衡问题为机器人运动学，动力学及控制理论的研究提供了一个非常理想的实验平台。对其进行研究能够促进控制领域中新理论，新方法的产生[4]。

（3）双足步行机器人作为步行机器的一种形式，是提高机器人机动性和节省能源的一条重要途径[5]。研制一种连续稳定步行的拟人型双足机器人可为机器人操作器提供灵活的操作平台，使其能够促进康复医学，仿生学，人工智能，计算机图形学，通信等相关学科的发展[6]。

（4）拟人型双足机器人具有人类的外观，可以适应人类的生活和工作环境，代替人类完成各种作业，扩展人类的能力。同时在服务，医疗，教育，娱乐等多个领域有着广泛的应用前景。

1.2 国内外发展现状及发展前景

1.2.1 国内研究现状

国内双足步行机器人的研究起步较晚，开始于1988年国防科技大学对六关节平面运动型双足步行器的研究。国防科技大学的“先行者”是国内第一台拟人机器人，高1400m，重20kg，可以每秒两步的频率动态步行，能够在小偏差的不确定环境中行走，并具有一定的语言功能。随后清华大学，哈尔滨工业大学，北京理工大学，中科院等单位都开展了双足机器人的研究，并取得了很多成果。

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第1章 绪 论 国内最新的研究成果是北京理工大学黄强教授[7~9]带领的团队研制的BHR-2[10]，该拟人型机器人与日本的人形机器人外貌相似，能够打太极拳，并且能够根据地面的情况调整姿态。

1.2.2 国外研究现状

各国学者对双足步行机器人从理论和实践上进行了较长时间的研究工作，最早在1986年，英国的Mosher.R成功试制了第一台名为“Rig”的操纵型双足步行机器人，它只有踝关节和髋关节，机器人的平衡通过操纵者对力反馈的感觉来保持，这种主从式的机械装置可以算是双足步行机构的雏形。

日本在双足步行机器人的研究方面走在世界的前列，并且研发双足步行机器人的历史由来已久。日本本田公司的P2，P3的行走机器人最先进，P2能通过感应器把地面的信息传递到大脑，机器人的电脑再根据情况进行判断，进而平衡身体稳步前进。它不仅可以走平路，而且可以爬台阶和在倾斜路面上行走；不仅能推车，而且能通过严控拧螺钉。P3机器人是P2的改进型，它比P2更先进，与人类更加接近。

1.2.3 机器人的未来

机器人是20世纪人类最 …… 此处隐藏：3001字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……