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機器人實驗報告
隨著個人的素質(zhì)不斷提高，越來越多的事務(wù)都會使用到報告，其在寫作上具有一定的竅門。你還在對寫報告感到一籌莫展嗎？下面是小編幫大家整理的機器人實驗報告，僅供參考，希望能夠幫助到大家。
機器人實驗報告1
一．設(shè)計目的及意義
移動機器人是一類能夠通過傳感器感知環(huán)境和自身狀態(tài)，實現(xiàn)在有障礙物的環(huán)境中面向目標(biāo)自主運動，從而完成一定功能的機器人系統(tǒng)。理想的自主移動機器人可以不需人的干預(yù)在各種環(huán)境中自主完成規(guī)定任務(wù)，具有較高的智能水平，但目前全自主的移動機器人還大多處于實驗階段，進入實用的多為自主移動機器人，通過人的干預(yù)在特定環(huán)境中執(zhí)行各種任務(wù)，而遙控機器人則完全離不開人的干預(yù)。
智能移動機器人是一類能夠通過傳感器、感知環(huán)境和自身狀態(tài)，實現(xiàn)在有障礙物的環(huán)境中面向目標(biāo)自主運動，從而完成一定功能的機器人系統(tǒng)。移動機器人技術(shù)研究綜合了路徑規(guī)劃、導(dǎo)航定位、路徑跟蹤與運動控制等技術(shù)。涉及包括距離探測、視頻采集、溫濕度以及聲光等多種外部傳感器，作為移動機器人的輸入信息。移動機器人的運動控制主要是完成移動機器人的運動平臺，提供一種移動機器人的控制方式。性能良好的移動機器人運動控制系統(tǒng)是移動機器人運行的基礎(chǔ)，能夠服務(wù)于移動機器人研究的通用開發(fā)平臺。
隨著移動機器人技術(shù)的發(fā)展及其在工業(yè)軍事等領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，有關(guān)移動機器人的理論設(shè)計制造和應(yīng)用的新的技術(shù)學(xué)科——機器人學(xué)，已經(jīng)逐漸形成，并越來越引起人們廣泛的關(guān)注。機器人學(xué)是一門綜合性很強的學(xué)科，它涉及現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、計算機系統(tǒng)和人工智能等多門學(xué)科．但是它又有自身的系統(tǒng)性和專業(yè)性。內(nèi)容極為豐富、廣泛，其中專業(yè)性比較強的有機器人動力學(xué)和運動學(xué)、機器人軌跡規(guī)劃和運動控制、機器人的傳感技術(shù)、機器人的編程語言、機器人的智能和任務(wù)規(guī)劃等。其中機器人的運動控制是實現(xiàn)機器人航跡控制的關(guān)鍵。
運動控制是移動機器人的執(zhí)行機構(gòu)，對機器人的平穩(wěn)運行起著重要作用。隨著新的智能控制算法的不斷涌現(xiàn)，移動機器人正向著智能化方向發(fā)展，這就對運動控制系統(tǒng)性能提出了更高的要求。設(shè)計實現(xiàn)智能移動機器人的控制系統(tǒng)，能夠熟悉移動機器人硬件和軟件的開發(fā)，掌握移動機器人的運動控制特性，為后續(xù)的移動機器人的功能擴展搭建一個可行、穩(wěn)定的平臺，而這個平臺則可以成為多種機器人開發(fā)的公共基礎(chǔ)平臺。實現(xiàn)智能移動機器人控制系統(tǒng)的開發(fā)具有一定的現(xiàn)實意義，將為以后的移動機器人開發(fā)奠定堅實基礎(chǔ)。
二．國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
移動機器人的研究始于60年代末期斯坦福研究院（SRI）的Nils Nilssen和Charles Roesn等人，在1966年至1972年中研制出了自主移動機器人Shakey。
70年代末，移動機器人研究又出現(xiàn)了新的高潮，特別是80年代中期以來，設(shè)計和制造機器人的浪潮席卷全世界。一大批世界著名的公司，如美國通用電氣、日本本田、索尼等開始研制移動機器人平臺，這些促進了移動機器人學(xué)多種研究方向的出現(xiàn)。例如，輪式移動機器人的代表作有：Smart Robots公司推出的新型基于Linux的移動機器人SR4；美國Activmedia Boties公司用于教學(xué)的P3—Dx輪式移動機器人；卡內(nèi)基梅隆研發(fā)的Nomad移動機器人；美國國家航天航空局聞名遐邇的火星登陸車“勇氣號”等。
我國的機器人學(xué)研究起步較晚，但進步較快，已在工業(yè)機器人特種機器人和智能機器人各個方面都取得了顯著成績。在“七五“期間，完成了示教再現(xiàn)工業(yè)機器聲成套技術(shù)。為了跟蹤國外搞技術(shù)，80年代國家高技術(shù)計劃中安排了智能機器人的`研究開發(fā)，包括水下無纜機器人高功能裝配機器人和多種特種機器人。進行了智能機器人體系結(jié)構(gòu)、機構(gòu)、控制、人工智能、機器視覺，高性能傳感器及新材料的應(yīng)用研究，取得了大量成果。其中，輪式移動機器人的研究也碩果累累。
國內(nèi)研究輪式移動機器人的科研單位及公司主要有研制能力風(fēng)暴的as—r機器人的上海廣茂達伙伴機器人有限公司；研制的casia—i自主移動機器人的中科院自動化所；研制“青青”輪式移動機器人的哈爾濱工業(yè)大學(xué)，研制“小蜘蛛”輪式移動機器人登月車的上海交大等。
當(dāng)前，移動機器人技術(shù)的研究與發(fā)展的趨勢包括有：機器人機構(gòu)導(dǎo)航定位路徑規(guī)劃傳感器信息融合技術(shù)智能技術(shù)移動機器人傳感器技術(shù)等研究。
我國自“八五”期間開始進入這一研究領(lǐng)域，并在國家863計劃中予以重點支持。較為全面對路徑規(guī)劃、視覺導(dǎo)航、信息融合、自動駕駛等一些基本的智能機器人技術(shù)做了探索，所形成的一些關(guān)鍵技術(shù)成果也在其他領(lǐng)域得到應(yīng)用。我國在機器人技術(shù)與自動化工藝裝備等方面已經(jīng)取得了突破性進展，縮短了同發(fā)達國家的差距，但是在機器人的核心及關(guān)鍵技術(shù)的原創(chuàng)性研究、高性能關(guān)鍵工藝裝備的自主設(shè)計和制造能力、高可靠性基礎(chǔ)功能部件的批量生產(chǎn)應(yīng)用方面，同發(fā)達國家相比，我國仍存在較大差距。
三．課題任務(wù)、重點內(nèi)容、實現(xiàn)途徑
通過對各項機器人技術(shù)的研究與分析，設(shè)計了滿足教學(xué)實驗要求的智能移動機器人系統(tǒng)，完成機器人車體結(jié)構(gòu)、傳感系統(tǒng)、運動執(zhí)行系統(tǒng)、通信系統(tǒng)的功能設(shè)計和模塊化實現(xiàn)，以及機器人系統(tǒng)工程的整體設(shè)計，并著重研究嵌入式控制系統(tǒng)的軟硬件系統(tǒng)設(shè)計。需完成移動機器人的結(jié)構(gòu)圖紙1份、智能移動機器人原理分析、硬件設(shè)計并編寫相關(guān)程序。
本課題采用通用單片機實現(xiàn)輪式移動機器人電機驅(qū)動和閉環(huán)調(diào)速。實現(xiàn)基于渡越時間法的超聲波測距模塊設(shè)計，為機器人提供簡單方便的障礙物距離檢驗。ＤＳＰ實時監(jiān)測驅(qū)動電動機的正交編碼脈沖實現(xiàn)移動機器人的運動學(xué)定位，作為機器人一種比較粗略的定位方式，可以作為后續(xù)高精度定位方式的補充。使用模糊控制實現(xiàn)移動機器人路徑跟蹤控制，利用MATLAB的模糊控制工具箱實現(xiàn)路徑跟蹤控制決策，完成移動機器人的路徑跟蹤。最后，論文設(shè)計的移動機器人運行平穩(wěn)，控制簡單。路徑跟蹤控制規(guī)則能夠使機器人較好的跟蹤已知路徑。可以作為簡單的移動機器人實驗平臺使用。
本課題的重點內(nèi)容是嵌入式操作系統(tǒng)，智能輪式移動機器人是一個典型的實時多任務(wù)系統(tǒng)，傳統(tǒng)單任務(wù)順序執(zhí)行機制不能滿足該系統(tǒng)設(shè)計的實時性要求，而且對于復(fù)雜系統(tǒng)來說可靠性不高，因此選用實時操作系統(tǒng)μC／OS—Ⅱ。它是一個源碼公開，可移植，可固化，可裁剪的嵌入式操作系統(tǒng)，具有代碼尺寸小，可占用實時內(nèi)核，任務(wù)多，可確定執(zhí)行時間，運行穩(wěn)定可靠等特點。將μC／OS—Ⅱ移植到S3C44B0X上，并對操作系統(tǒng)進行裁剪，以節(jié)省存儲空間。
基于實時內(nèi)核的多任務(wù)系統(tǒng)可劃分為系統(tǒng)層和應(yīng)用層。系統(tǒng)層由內(nèi)核和驅(qū)動程序庫組成；應(yīng)用層包括用于達成機器人任務(wù)目標(biāo)的全部代碼。在該系統(tǒng)軟件應(yīng)用層程序設(shè)計中，將機器人的任務(wù)分解成通信、信息采集、電機控制等多個用戶任務(wù)。嵌入式操作系統(tǒng)μC／OS—Ⅱ?qū)θ蝿?wù)模塊進行管理調(diào)度，協(xié)調(diào)機器人各項任務(wù)運行，保證了系統(tǒng)的實時性和可靠性。
移動機器人控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)的主要內(nèi)容有底層系統(tǒng)設(shè)計和控制系統(tǒng)的實現(xiàn)：
（1）移動機器人底層系統(tǒng)設(shè)計：移動機器人的底層系統(tǒng)設(shè)計包括移動機器人的控制電路設(shè)計、電機驅(qū)動電路設(shè)計和超聲波測距電路設(shè)計。底層設(shè)計涉及到的軟件算法包括電機驅(qū)動和速度閉環(huán)、電機碼盤的機器人定位、超聲波測距等。
�。�2）移動機器人的控制系統(tǒng)的實現(xiàn)：移動機器人控制系統(tǒng)的主要內(nèi)容是生成機器人的運動控制信息，控制機器人的運動。軌跡跟蹤是移動機器人需要完成的任務(wù)之一，其典型工作過程為機器人運動。軌跡跟蹤是移動機器人需要完成的任務(wù)之一，其典型工作過程為機器人完成相應(yīng)的移動，完成規(guī)劃路徑的跟蹤。運動控制過程中用到的輸入信息包括底層超聲波測距模塊提供的障礙物距離信息，電機碼盤提供的機器人的位置、速度信息，以及全景攝像機、單目視覺攝像機采集并經(jīng)過處理后的視頻信息等。
四．完成本課題所需工作條件（如工具書、計算機、實驗、調(diào)研等）及解決辦法
智能移動機器人集成了機械、電子、計算機、自動控制、人工智能等多學(xué)科的研究成果，在當(dāng)前機器人研究領(lǐng)域具有突出地位。控制系統(tǒng)是機器人的核心部分，所以完成本課題的條件之一就是對控制系統(tǒng)方面有很好的知識并且能受到指導(dǎo)老師的指導(dǎo)。
機器人實驗報告2
假期一開始就接到了社團老師的電話，一同討論著這次五一假期的活動安排。
在五月的五一長假中，學(xué)校開展了許許多多有意義的活動，其中就有我們豐富的社團活動，每個社團都由老師組織在這次五一假期中開展一次社團活動，我們也不例外。這次我們的活動定在了5月3日下午，并且fll科技社和機器人社一起在機器人教室舉行社團活動，這次的活動顯的更加熱鬧了。
假期即將結(jié)束了，5月3日這一天終于來了，早上起來，煙雨朦朧的天氣擋不住學(xué)校各個社團參加社團活動的積極性。下午一點半，我們準(zhǔn)時到達機器人教室集合并且由老師宣布接下來的活動安排。
去年的一學(xué)期中，我們社團丟了很多的零件，就是因為沒有管理方案造成的，今年老師每人準(zhǔn)備一個抽屜，把每個人自己的零件放到自己的抽屜中保管，避免了零件的丟失。我們也想出了另外的方法保存零件，比如，今天我們社團多了很多個塑料收納盒，就是用來放我們每個人自己的零件的，以后每次完成一個搭建任務(wù)，每個同學(xué)都需要清理自己的零件，并且根據(jù)墻上印出的零件表核對自己有沒有缺少零件，這樣可以減少不必要的零件丟失。
要想搭一個完整的機器人，就要從細小的零件開始著手，但是由于我們社團比較忙，而且零件又雜又多，所以一直散成一堆放在那里，這次終于要對它們來一個徹底的掃除了。因為習(xí)慣了亂的，不少社員難免對今天活動的第一步——整理道具，很多同學(xué)十分不高興。老師告訴我們：“做事情一定要一步一步來，只有做好了第一步，才能順利的`進行接下來的大事情�！苯K于，整理道具在這時正式開始。
第一步，是把所有不需要的機器人配件拆成一個一個散的小零件，然后再把散的零件按照一個大盒子一個大盒子的按照顏色、形狀、摩擦力大小的不同理入一個個準(zhǔn)備的大盒子中，這一部是最花時間和精力的，很多小的零件被堆放在大零件中，很難被發(fā)現(xiàn)，我們在這一部上花了大量的時間，老師也參與進來，幫助我們在雜亂的零件堆中尋找需要的零件，并且對其進行一一的分類。最終，經(jīng)過全社團成員共同的努力，近百種不同的零件終于在我們手下安安穩(wěn)穩(wěn)的歸好了類別。
第二步，老師每人發(fā)兩個盒子，把各種零件收納到這兩個盒子中。首先要求拿出一個小的盒子，這個小盒子中分成五格，每個格子中都放入不同的零件，老師把幾十種零件按照其數(shù)量和形狀，讓我們放入不同大小的格子，理好小盒子后，大家還沒來得及喘口氣，老師又發(fā)下了一個大盒子，我們就再用同樣的方法把大一些的零件理入大盒子中，在放入盒子這步時，發(fā)現(xiàn)很多同學(xué)都出現(xiàn)了零件不夠的情況。
老師只好拆出新的零件給我們，為了尋找哪個袋子里有這種零件并且保證每個人都能獲得齊全的零件，同學(xué)們把一個個新零件袋仔細看過來，并且反復(fù)請查自己的零件。這個過程很費時間，所以也警示了我們要更加仔細的對待零件，這樣可以節(jié)約很多時間。
結(jié)束了零件的整理，老師讓我們自己選擇一個抽屜，并且把自己的盒子放到抽屜里，再進行登記，最后鑰匙老師統(tǒng)一收回保管。
時間已經(jīng)快到下課了，因為找零件花費了太多的時間，后面的活動只好長話短說。老師對今年所有的比賽項目進行了一個通告，并且告訴我們哪些項目獲獎的可能性比較大，哪些項目人人都可以參加，之后比賽的搭建，我們將使用自己的零件進行。以后的課程也會安排進一些搭建的內(nèi)容，讓我們自己體會機器人的樂趣。
今天一天的活動很快就結(jié)束了，不過我們激動的心情，還是流露在了臉上。
機器人實驗報告3
一．緒論
機器人的發(fā)展背景與前瞻與課程設(shè)計內(nèi)容
近年來，隨著社會飛速發(fā)展，機器人的研究及應(yīng)用得到迅速發(fā)展，因其在教育，醫(yī)療，軍事，工業(yè)等領(lǐng)域的巨大應(yīng)用，因此得到許多國內(nèi)外科學(xué)家的關(guān)注。
機器人在以后社會快速發(fā)展的過程中會起著越來越重要的作用。相信在不久的將來機器人將會取代繁重的人力勞動，使勞動者的人身安全得到保障。同時機器人的發(fā)展也將為以后的社會發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。
雙足機器人不僅具有廣闊的工作空間，而且對步行環(huán)境要求很低，能適應(yīng)各種地面且具有較高的逾越障礙的能力，其步行性能是其它步行結(jié)構(gòu)無法比擬的。研究雙足行走機器人具有重要的意義。
1、主要內(nèi)容：
1）、控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計與仿真；
2）、六自由度機器人運動控制。
2、訓(xùn)練形式
學(xué)生以小組為單位，集體討論確定整體方案；指導(dǎo)教師給出實訓(xùn)方向，技術(shù)指標(biāo)等，協(xié)助學(xué)生完成訓(xùn)練任務(wù)。
二、實習(xí)任務(wù)
這次機電一體化綜合訓(xùn)練Ⅲ包含兩部分內(nèi)容。一是分組選題完成實習(xí)要求；二是開發(fā)性設(shè)計。本報告書將從整體上分為兩部分對本次實習(xí)的要求進行匯報。完成對六自由度機器人的組裝、調(diào)試以及實現(xiàn)預(yù)定的功能。
三、實習(xí)要求
要使六自由度機器人實現(xiàn)人類的一些動作，那么六自由度機器人必須有它的獨特性。事實上，關(guān)于運動靈活性，人類大約擁有四百個左右的自由度。因此，機器人的關(guān)節(jié)的選擇、自由度的確定是很必要的，步行機器人自由度的配置對其結(jié)構(gòu)有很大影響。自由度越少，結(jié)構(gòu)越簡單，可實現(xiàn)功能越少，控制起來相對簡單；自由度越多，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，可實現(xiàn)功能越多，控制過程相對復(fù)雜。
自由度的配置必須合理：首先分析一下步行機器人的運動過程（向前）和行走步驟：重心右移（先右腿支撐）、左腿抬起、左腿放下、重心移到雙腿中間、重心左移、右腿抬起、右腿放下、重心移到雙腿間，共分8個階段。從機器人步行過程可以看出：機器人向前邁步時，髖關(guān)節(jié)與踝關(guān)節(jié)必須各自配置有1個自由度以配合實現(xiàn)支撐腿、上軀體的移動和實現(xiàn)重心轉(zhuǎn)移。另外膝關(guān)節(jié)處配置1個俯仰自由度能夠調(diào)整擺動腿的著地高度，保證步行時落足平穩(wěn)。這樣最終決定髖關(guān)節(jié)配置1個自由度，膝關(guān)節(jié)配置1個俯仰自由度，踝關(guān)節(jié)配置有1個偏轉(zhuǎn)自由度。這樣，每條腿配置3個自由度，兩條腿共6個自由度。髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)俯仰自由度共同協(xié)調(diào)動作可完成機器人的在縱向平面（前進方向）內(nèi)的直線行走功能；踝關(guān)節(jié)的偏轉(zhuǎn)自由度協(xié)調(diào)動作可實現(xiàn)在橫向平面內(nèi)的重心轉(zhuǎn)移功能。步行運動中普遍存在結(jié)構(gòu)對稱性。運動的對稱性和腿機構(gòu)的對稱性之間存在相互關(guān)系。在單足支撐階段，對稱性的機身運動要求腿部機構(gòu)也是對稱的。根據(jù)這點，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時也采用對稱性布置。
四、工作原理
六自由度機器人的工作原理
六自由度運動平臺是由六支作動筒，上、下各六只萬向鉸鏈和上、下兩個平臺組成，下平臺固定在基礎(chǔ)上，借助六支作動筒的伸縮運動，完成上平臺在空間六個自由度（X，Y，Z，α，β，γ）的運動，從而可以模擬出各種空間運動姿態(tài)�？蓮V泛應(yīng)用到各種訓(xùn)練模擬器如飛行模擬器、艦艇模擬器、海軍直升機起降模擬平臺、坦克模擬器、汽車駕駛模擬器、火車駕駛模擬器、地震模擬器以及動感電影、娛樂設(shè)備等領(lǐng)域，甚至可用到空間宇宙飛船的對接，空中加油機的加油對接中。在加工業(yè)可制成六軸聯(lián)動機床、靈巧機器人等。由于六自由度運動平臺的研制，涉及機械、液壓、電氣、控制、計算機、傳感器，空間運動數(shù)學(xué)模型、實時信號傳輸處理、圖形顯示、動態(tài)仿真等等一系列高科技領(lǐng)域，因而六自由度運動平臺的研制變成了高等院校、研究院所在液壓和控制領(lǐng)域水平的標(biāo)志性象征。六自由度運動平臺是傳動及控制技術(shù)領(lǐng)域的皇冠級產(chǎn)品，掌握了它，在傳動和控制領(lǐng)域基本上就沒有了難題。
機器人的工作原理
按照目前最寬泛的定義，如果某樣?xùn)|西被許多人認為是機器人，那么它就是機器人。許多機器人專家（制造機器人的人）使用的是一種更為精確的定義。他們規(guī)定，機器人應(yīng)具有可重新編程的大腦（一臺計算機），用來移動身體。
根據(jù)這一定義，機器人與其他可移動的機器（如汽車）的不同之處在于它們的計算機要素。許多新型汽車都有一臺車載計算機，但只是用它來做微小的調(diào)整。駕駛員通過各種機械裝置直接控制車輛的大多數(shù)部件。而機器人在物理特性方面與普通的計算機不同，它們各自連接著一個身體，而普通的計算機則不然。
大多數(shù)機器人確實擁有一些共同的特性。首先，幾乎所有機器人都有一個可以移動的身體。有些擁有的只是機動化的輪子，而有些則擁有大量可移動的部件，這些部件一般是由金屬或塑料制成的。與人體骨骼類似，這些獨立的.部件是用關(guān)節(jié)連接起來的。
工業(yè)機器人專門用來在受控環(huán)境下反復(fù)執(zhí)行完全相同的工作。例如，某部機器人可能會負責(zé)給裝配線上傳送的花生醬罐子擰上蓋子。為了教機器人如何做這項工作，程序員會用一只手持控制器來引導(dǎo)機器臂完成整套動作。機器人將動作序列準(zhǔn)確地存儲在內(nèi)存中，此后每當(dāng)裝配線上有新的罐子傳送過來時，它就會反復(fù)地做這套動作。
大多數(shù)工業(yè)機器人在汽車裝配線上工作，負責(zé)組裝汽車。在進行大量的此類工作時，機器人的效率比人類高得多，因為它們非常精確。無論它們已經(jīng)工作了多少小時，它們?nèi)阅茉谙嗤奈恢勉@孔，用相同的力度擰螺釘。制造類機器人在計算機產(chǎn)業(yè)中也發(fā)揮著十分重要的作用。它們無比精確的巧手可以將一塊極小的微型芯片組裝起來。
舵機的驅(qū)動原理
舵機的工作原理。舵機常用的控制信號是一個周期為20毫秒左右，寬度為1毫秒到2毫秒的脈沖信號。當(dāng)舵機收到該信號后，會馬上激發(fā)出一個與之相同的，寬度為毫秒的負向標(biāo)準(zhǔn)的中位脈沖。之后二個脈沖在一個加法器中進行相加得到了所謂的差值脈沖。輸入信號脈沖如果寬于負向的標(biāo)準(zhǔn)脈沖，得到的就是正的差值脈沖。如果輸入脈沖比標(biāo)準(zhǔn)脈沖窄，相加后得到的肯定是負的脈沖。此差值脈沖放大后就是驅(qū)動舵機正反轉(zhuǎn)動的動力信號。舵機電機的轉(zhuǎn)動，通過齒輪組減速后，同時驅(qū)動轉(zhuǎn)盤和標(biāo)準(zhǔn)脈沖寬度調(diào)節(jié)電位器轉(zhuǎn)動。直到標(biāo)準(zhǔn)脈沖與輸入脈沖寬度完全相同時，差值脈沖消失時才會停止轉(zhuǎn)動！，這就是舵機的工作原理。
五、機器人行走的實現(xiàn)
雙足機器人的行走要取決于步態(tài)規(guī)劃，步態(tài)規(guī)劃的好壞將直接影響到機器人行走過程中的穩(wěn)定性、所需驅(qū)動力矩的大小以及姿態(tài)的美觀性等多個方面，同時它也直接影響到控制方法及其實現(xiàn)的難易程度。
步態(tài)規(guī)劃的概念
雙足步行機器人的步態(tài)規(guī)劃，是指機器人行走過程中其各組成部分運動軌跡的規(guī)劃，比如說，腳掌何時離開地面、擺動中整個腳掌在空中的軌跡、何時落地等。步態(tài)規(guī)劃要解決的問題主要是保證機器人的穩(wěn)定性。
步態(tài)規(guī)劃的方法
現(xiàn)在使用的步態(tài)規(guī)劃方法主要有如下幾種：
1、基于實驗的規(guī)劃方法
這種規(guī)劃方法基于力學(xué)的相似原理，基本過程如下：讓人模仿機器人行走（如果機器人有幾個自由度，那么人在模仿行走的時候也盡量只動相應(yīng)的關(guān)節(jié)），同時對此人的行走過程進行正面和側(cè)面的錄像，然后對這些錄像進行分析，得到此人在步行過程各個主要關(guān)節(jié)的角度變化，然后根據(jù)力學(xué)相似原理把這些角度相似地推廣到機器人的關(guān)節(jié)變化上。
2、基于能量原理的規(guī)劃方法
這種方法來源于一個生物學(xué)假設(shè)：人經(jīng)過千百萬年的進化，其行走方式是能量消耗最低的，而且還能保持步行的穩(wěn)定性。如果機器人也能滿足這個假設(shè)，則其行走方式將與人一樣或很接近。根據(jù)能耗最小原則可以建立一個變分方程，并最終得到機器人的軌跡方程。
3、基于力學(xué)穩(wěn)定性的規(guī)劃方法
在機器人行走過程中，其ZMP點必須落在某個區(qū)域范圍之內(nèi)，只有這樣才能保證步行機器人穩(wěn)定地行走。實現(xiàn)方法有兩種：
a．計算出理想的ZMP軌跡，然后推導(dǎo)出各個關(guān)節(jié)的運動函數(shù)以實現(xiàn)理想行走。
b．先大致規(guī)劃出雙足和軀干的運動軌跡，然后進行ZMP計算，最后選出穩(wěn)定性最好的結(jié)果作為控制方程。
相比后兩種方法，第一種方法更易于理解及掌握。所以本文將采用第一種方法，結(jié)合人體行走過程規(guī)劃機器人步態(tài)的參數(shù)化設(shè)計。
步態(tài)設(shè)計
進行雙足機器人行走動作設(shè)計。首先分析一下步行機器人的運動過程和行走步驟：
1）行走前進：重心右移（右腿支撐）、左腿抬起、邁步左腿放下、重心左移、右腿抬起、邁步右腿放下。依次循環(huán)。
2）停止：將重心移到雙腿之間，雙腿放下。
從機器人步行過程分析得出：機器人向前邁步時，髖關(guān)節(jié)與踝關(guān)節(jié)必須各自配置有1個自由度以配合實現(xiàn)支撐腿、上軀體的移動和重心轉(zhuǎn)移。膝關(guān)節(jié)處配置一個自由度能夠調(diào)整擺動腿的著地高度，保證步行時落足平穩(wěn)。這樣，最終確定每條腿配置3個自由度，踝關(guān)節(jié)配置1個偏轉(zhuǎn)自由度、膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)各配置1個俯仰自由度。步行運動中存在結(jié)構(gòu)對稱性。運動的對稱性和腿機構(gòu)的對稱性之間存在相互關(guān)系。步行前進時，對稱的機身運動要求腿部機構(gòu)也是對稱的，兩條腿共6個自由度。髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)俯仰自由度共同協(xié)調(diào)動作可完成機器人在縱向平面（前進方向）的直線行走功能，踝關(guān)節(jié)的偏轉(zhuǎn)自由度協(xié)調(diào)動作可實現(xiàn)在橫向平面內(nèi)的重心轉(zhuǎn)移功能。
機器人的前翻跟頭過程和步驟分析：低頭（髖關(guān)節(jié)）、俯身（膝關(guān)節(jié)）使頭腳面板同時著地、左腿離地、右腿離地使倒立、兩腿同時彎膝（膝關(guān)節(jié)）、兩腳同時著地（髖關(guān)節(jié)），頭離地使重新直立。
小組在調(diào)試動作中，最后一步機器人頭離地使重新直立這一步，經(jīng)過小組組員間協(xié)商，找出了解決方法。使一只腳稍微向內(nèi)側(cè)傾斜一點角度，施力幫助機器人的頭部離地，配合兩個髖關(guān)節(jié)的舵機轉(zhuǎn)動角度，最終使得機器人重新站立。
機器人實驗報告4
服務(wù)機器人是智能制造的重要組成部分。近年來，服務(wù)機器人產(chǎn)業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，20xx年，全球服務(wù)機器人銷量再創(chuàng)新高。日本、歐洲等地區(qū)的廠商加速規(guī)模擴張和技術(shù)創(chuàng)新。20xx年，中國成為全球第一大服務(wù)機器人市場，國內(nèi)服務(wù)機器人產(chǎn)業(yè)園區(qū)建設(shè)持續(xù)升溫，領(lǐng)軍企業(yè)積極開展核心技術(shù)的攻關(guān)及其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。但是，我國機器人產(chǎn)業(yè)仍存在產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱、自主品牌市場占有率低等問題。未來，我國應(yīng)加強服務(wù)機器人產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、突破核心關(guān)鍵技術(shù)、強化配套支撐、推動自主品牌機器人的市場化應(yīng)用。
服務(wù)機器人產(chǎn)業(yè)概況
�。ㄒ唬┓⻊�(wù)機器人簡介
1、服務(wù)機器人的定義
服務(wù)機器人是集機械、電子、計算機、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進技術(shù)于一體的'自動化裝備。自20世紀(jì)60年代美國研制出世界上第一臺服務(wù)機器人以來，機器人技術(shù)及產(chǎn)品迅速發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)、電子電氣制造業(yè)和金屬制品業(yè)等領(lǐng)域。不同的組織和機構(gòu)對服務(wù)機器人的定義不完全相同，但均體現(xiàn)了服務(wù)機器人可編程、仿人功能、通用性的特點。
國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）將服務(wù)機器人定義為一種自動的、位置可控的、具有編程能力的多功能操作機。ISO8373進一步解釋，服務(wù)機器人具有自動控制、再編程和多用途功能，有多個可編程軸，在服務(wù)自動化應(yīng)用中可以固定或移動。
美國機器人協(xié)會（RIA）認為，服務(wù)機器人是搬運材料、零件、工具等可再編程的多功能機械手，通過調(diào)用不同程序來完成各種工作任務(wù)的特種裝置。
日本機器人協(xié)會（JARA）認為，服務(wù)機器人是一種具有記憶裝置和末端執(zhí)行器的、能轉(zhuǎn)動并通過自動完成各種移動來代替人類勞動的通用機器。
2、服務(wù)機器人的產(chǎn)品分類
服務(wù)機器人的產(chǎn)品分類方式多種多樣。按臂部運動形式的不同，服務(wù)機器人可以分為四種：直角坐標(biāo)型只有移動關(guān)節(jié)；圓柱坐標(biāo)型有移動關(guān)節(jié)和一個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，可做升降、回轉(zhuǎn)和伸縮動作；球坐標(biāo)型有移動關(guān)節(jié)和兩個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，可以回轉(zhuǎn)、俯仰和伸縮；關(guān)節(jié)型有多個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)。按應(yīng)用領(lǐng)域的不同，服務(wù)機器人可以分為：弧焊機器人、電焊機器人、噴涂機器人、碼垛機器人、搬運機器人、裝配機器人、檢測機器人和其他機器人等。此外，按受控方式的不同，還可以分為點位控制型和連續(xù)控制型等。
目前，我國企業(yè)主要銷售坐標(biāo)型機器人，屬于低端服務(wù)機器人產(chǎn)品，占國內(nèi)企業(yè)銷售量的40%以上。國外企業(yè)在我國市場主要銷售多關(guān)節(jié)型機器人，屬于當(dāng)前國際市場的主流產(chǎn)品，占外國企業(yè)在我國銷售量的80%以上。
�。ǘ┓⻊�(wù)機器人產(chǎn)業(yè)鏈
服務(wù)機器人產(chǎn)業(yè)鏈主要包括研發(fā)設(shè)計、核心零部件制造、本體制造、系統(tǒng)集成和行業(yè)應(yīng)用等部分。上游的核心零部件制造是服務(wù)機器人產(chǎn)業(yè)鏈的核心環(huán)節(jié)，包括減速器、伺服電機、控制器三部分。
我國服務(wù)機器人產(chǎn)業(yè)在系統(tǒng)集成環(huán)節(jié)具有相對優(yōu)勢，而核心零部件制造是相對薄弱的環(huán)節(jié)。以精密減速器為例，歐洲和日本均已實現(xiàn)了減速器的自主化生產(chǎn)，減速器僅占國際品牌服務(wù)機器人單體成本的1/6。而國產(chǎn)減速器技術(shù)工藝相對落后，高價進口減速器約占成本的1/3，大幅高于國際品牌。