仿人机器人建模与控制

为了解决仿人机器人离线步态规划中机器人难以跟踪期望步态的问题,建立了仿人机器人的简化三连杆模型,并运用拉格朗日力学对模型进行了动力学分析,包括机器人单腿支撑期知双腿支撑期以及整体步行模型,在此基础上,提出将混杂系统的输出作为机器人的规划步态函数,设计了反馈控制器来实时调整机器人的实际步态。仿真结果表明,所设计的反馈控制器能够很好地调整机器人步态。

基于反馈控制的仿人机器人步态规划李正文，国良，维平张张 (二炮兵工程学院，西西安 70 2 )第陕 1 0 5 H m a o d Ro o i Pl n n s d o he Fe d a k Co t o u n i b tGa t a ni g Ba e n t e b c n r lLIZh n—we ZHANG eg n, Guo—la ing, ZHANG e W i—pi ng

( e S c n t l r n i e rn l g,’ n 7 0 2, i a Th e o d Ar i e y E g n e i g Co l e Xi a 1 0 5 Ch n ) l e

摘要：了解决仿人机器人离线步态规划中机为器人难以跟踪期望步态的问题，立了仿人机器

为了解决仿人机器人离线步态规划中机器人难以跟踪期望步态的问题,建立了仿人机器人的简化三连杆模型,并运用拉格朗日力学对模型进行了动力学分析,包括机器人单腿支撑期知双腿支撑期以及整体步行模型,在此基础上,提出将混杂系统的输出作为机器人的规划步态函数,设计了反馈控制器来实时调整机器人的实际步态。仿真结果表明,所设计的反馈控制器能够很好地调整机器人步态。

基于反馈控制的仿人机器人步态规划李正文，国良，维平张张 (二炮兵工程学院，西西安 70 2 )第陕 1 0 5 H m a o d Ro o i Pl n n s d o he Fe d a k Co t o u n i b tGa t a ni g Ba e n t e b c n r lLIZh n—we ZHANG eg n, Guo—la ing, ZHANG e W i—pi ng

( e S c n t l r n i e rn l g,’ n 7 0 2, i a Th e o d Ar i e y E g n e i g Co l e Xi a 1 0 5 Ch n ) l e

摘要：了解决仿人机器人离线步态规划中机为器人难以跟踪期望步态的问题，立了仿人机器

类人机器人

摘要:类人机器人是一类能双足行走的智能机器人，集机、电、材料、计算机、传感器、控制技术等多门学科于一体，是一个国家高科技实力和发展水平的重要标志。因此，世界发达国家都不惜投入巨资进行开发研究。日、美等国都在研制仿人形机器人方面做了大量的工作，并已取得突破性的进展.我国也在研究出了自己的类人机器人，但是与欧美国家存在很大的差距。

关键词：类人型机器人；智能；材料技术；控制技术

Humanoid Robot

Abstract: Humanoid robotis a kind ofintelligent one whichcan be bipedalwalking, combining mechanical, electrical, materials, computers, sensors,control technologyand othersubjectsin one. It is a flag ofnationalhigh-techstrength andan important indicator ofthe level of development. Therefore, the developed countriesha

机器人机器人关公巡城循规蹈矩

教学目标：

知识和技能：⑴了解简单的音乐知识。

⑵了解多次循环结构语句的使用方法。

过程与方法：⑴学会使用“音乐”模块。⑵学会使用“显示”模块。

⑶编写具有多次循环结构的程序。

情感目标：使学生在学习中体验成功的乐趣，培养学生互相协作，勇往直前的优良品质，提高学生相互交流的能力。

教学重、难点：

教学重点：⑴学会使用“音乐”“显示”模块的使用。⑵理解和使用多次循环结构编程。

教学难点：⑴理解多次循环结构。⑵通过编程让机器人演奏自己喜爱的歌曲。教学课时：2

教学过程：

（一）谈话导入：

上课我们学习了“机器人直行”，通过学习，使同学们了解了机器人前进和后退是由轮子带动的。今天，我们仍然不能离开“轮子”，因为本节课我们将学习新课：“机器人跳舞”。跳正多边形舞，它以循环走正多边形舞为方式进行的。

（二）新课教学

演示带音乐的机器人跳正多边形舞。演示机器人跳正五边形舞的路线图和程序流程图，分析。

请学生自主学习本知识点的内容。

①生自学，动手操作，师巡视，加强个别指导。②师小结并演示。

小提示：由于受到机器人的电池电压、场地等环境因素的影响，机器人可能走的不是正圆，但可以通过调整左右电机前进数值和延长的时间，尽量让机器人行走的路线接近正多边形。

③师对学生

机器人机器人关公巡城循规蹈矩

教学目标：

知识和技能：⑴了解简单的音乐知识。

⑵了解多次循环结构语句的使用方法。

过程与方法：⑴学会使用“音乐”模块。⑵学会使用“显示”模块。

⑶编写具有多次循环结构的程序。

情感目标：使学生在学习中体验成功的乐趣，培养学生互相协作，勇往直前的优良品质，提高学生相互交流的能力。

教学重、难点：

教学重点：⑴学会使用“音乐”“显示”模块的使用。⑵理解和使用多次循环结构编程。

教学难点：⑴理解多次循环结构。⑵通过编程让机器人演奏自己喜爱的歌曲。教学课时：2

教学过程：

（一）谈话导入：

上课我们学习了“机器人直行”，通过学习，使同学们了解了机器人前进和后退是由轮子带动的。今天，我们仍然不能离开“轮子”，因为本节课我们将学习新课：“机器人跳舞”。跳正多边形舞，它以循环走正多边形舞为方式进行的。

（二）新课教学

演示带音乐的机器人跳正多边形舞。演示机器人跳正五边形舞的路线图和程序流程图，分析。

请学生自主学习本知识点的内容。

①生自学，动手操作，师巡视，加强个别指导。②师小结并演示。

小提示：由于受到机器人的电池电压、场地等环境因素的影响，机器人可能走的不是正圆，但可以通过调整左右电机前进数值和延长的时间，尽量让机器人行走的路线接近正多边形。

③师对学生

1. 环境配置：

-- 硬件：Windows7电脑

-- 软件：WinSCP软件（可自由下载）、PuTTY软件（可自由下载）、中文语言开发包（可在www.aldebaran-robotics.com下载或者Email: support@aldebaran-robotics.com索取）

2. 操作步骤： 1) 打开WinSCP

--> 输入Nao的IP,账户名:nao,密码:nao

--> 上传.sh和.deb文件

2) 打开PuTTY软件

--> 输入Nao的IP

--> 点击Open按钮，输入nao，密码nao

--> su

--> sh /home/nao/install_chinese.sh

login as: nao nao@10.10.12.126's password: nao@nao [0] [~]$ ls asr-chm_1.0-r1_i386.deb naoqi behaviors remotes install_chinese.sh tts-chm-xiaoling_1.0-r3_i386.deb nao@nao

文档介绍了机器人三原则以及机器人定义,更重要的展示人员机器人对应关系,方便我们直观认识到机器人相关知识。

机器人常识

机器人的定义

机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器

机器人构成 机器人的能量 人需要从吃的食物中吸收能量，而机器人却只吃“电能”。因此，一般的机器人都是使用可充电电池。 机器人的大脑 机器人和人一样需要有大脑来控制机器人的动作。就像电脑中的CPU一机器人三原则

1. 机器人不应伤害人类；

2. 机器人应遵守人类的命令，与第一条违背的命令除外；

3. 机器人应能保护自己，与第一条相抵触者除外。

样，在机器人身上也有它自己的CPU，在这里我们称为微控制器。 别看芯片小，它可是在机器人中控制所有动作的关键。它收集周围环境的信息，并根据收集到的环境情况向执行机构发出命令，驱动机器人完成各种功能。 机器人的身体结构 我们要让机器人平稳地行走，还要设计它的身体结构，也就是机械结构。生活中有很多机器都有很巧妙的机械结构，比如脚一踩，自行车轮子就能

转起来；又如飞机正是模仿了鸟的流线形的身体结构，才能以庞大的身躯在天上飞而不掉下

实验（5）机器人控制实验

一、实验目的：

1） 理解机器人控制的相关概念；

2） 对构建的机器人进行动力学控制分析； 3） 能够使用simulink构建机器人控制仿真模型。

二、机器人动力学方程

状态空间方程

? 当用牛顿-欧拉方程对操作臂进行分析时，动力学方程可以写成

?)是离心力和哥氏力矢量，G(q)为重力矢量。 ? 其中M(q)为质量矩阵，C(q,q? 前向动力学

三、机器人关节控制

Puma560机器人肩关节的参数

图1基于速度反馈的机器人关节控制的simulink模型 图2速度控制环 说明： 图2的速度控制环是图1中Vloop模块的对应内部构造。也就是图2mask后成为Vloop模块。创建方法见实验4。 仿真参数如下：

Vloop参数设置

signal generation 参数设置

四、机器人前馈控制

其中，Kp和Kv是位置增益和速度增益。

如果对非线性动力学进行线性化，而且线性化是理想的，那么可得，

e?q*?q

图3 前馈动力学的控制结构

五、机器人基于计算力矩控制

图4 计算动力学的控制结构

六、实验内容

（1）用simulink建立如下图所示的机器人仿真模型，机器人模型为puma560，可以直接使用机器人库提供

毕业设计论文

姓 名： 学 号：

学 院： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 题 目： 拟人机器人运动设计及制作

指导老师：

2014 年 6 月

- 1 -

摘 要

摘 要

拟人机器人是一个复杂的多刚体双足行走系统，并具有多输入多输出,强耦合，非线性等特点。 近年来，拟人机器人的研究发展迅速，拟人机器人越来越具有人的特征，双足步行，相对于其他移动方式，是支撑离散，交替地接触地面的，可主动选择最佳支撑点，因而受环境的限制少，具有很高的灵活性。拟人机器人模拟人类的行走方式，特别适合在人类的日常生活和工作中，与人友好协调地完成任务，拟人机器人的双足动态步行研究，正成为机器人领域的一个研究热点，不仅具有重要的学术意义，而且有现实的应用价值，要稳定地实现拟人机器人的双足动态步行，涉及的领域很广。

本文以拟人机器人为研究对象，使用专业软件Pro/E对其进行三维造型。对机器人主要包括：身体的实体造型、腿的实体造型和脚的实体造型等。

机器

毕业设计论文

姓 名： 学 号：

学 院： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 题 目： 拟人机器人运动设计及制作

指导老师：

2014 年 6 月

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摘 要

摘 要

拟人机器人是一个复杂的多刚体双足行走系统，并具有多输入多输出,强耦合，非线性等特点。 近年来，拟人机器人的研究发展迅速，拟人机器人越来越具有人的特征，双足步行，相对于其他移动方式，是支撑离散，交替地接触地面的，可主动选择最佳支撑点，因而受环境的限制少，具有很高的灵活性。拟人机器人模拟人类的行走方式，特别适合在人类的日常生活和工作中，与人友好协调地完成任务，拟人机器人的双足动态步行研究，正成为机器人领域的一个研究热点，不仅具有重要的学术意义，而且有现实的应用价值，要稳定地实现拟人机器人的双足动态步行，涉及的领域很广。

本文以拟人机器人为研究对象，使用专业软件Pro/E对其进行三维造型。对机器人主要包括：身体的实体造型、腿的实体造型和脚的实体造型等。

机器