小型仿人機(jī)器人的設(shè)計(jì)及步態(tài)規(guī)劃
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根據(jù)鄭元芳理論，可規(guī)劃出所設(shè)計(jì)的類(lèi)人機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)過(guò)程和行走步驟：重心左移(假設(shè)先邁右腿，左腳支撐)、右腿抬起、右腿放下、重心移到兩腿間、重心右移、左腿抬起、左腿放下、重心移到兩腿間，共分8個(gè)階段。這里設(shè)計(jì)的機(jī)器人具有避障功能，因此髖關(guān)節(jié)的側(cè)向旋轉(zhuǎn)自由度必不可少。所設(shè)計(jì)的機(jī)器人不考慮在不規(guī)則地面上行走問(wèn)題，所以可以不設(shè)置踝關(guān)節(jié)的側(cè)向旋轉(zhuǎn)自由度。這樣設(shè)計(jì)出的機(jī)器人雖然不能站在不規(guī)則的地面上，但可以在平地上完成所有的行走過(guò)程，實(shí)現(xiàn)前行、后退、轉(zhuǎn)彎等動(dòng)作。
這樣設(shè)計(jì)出的機(jī)器人腿部共有12個(gè)自由度，每條腿各6個(gè)，即踝關(guān)節(jié)前向和扭轉(zhuǎn)2個(gè)自由度，膝關(guān)節(jié)前向1個(gè)自由度，髖關(guān)節(jié)有前向、側(cè)向旋轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)向3個(gè)自由度。自由度的設(shè)置如圖2所示。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/188599.htm
2．2 機(jī)器人驅(qū)動(dòng)元件的選擇
在驅(qū)動(dòng)元件的選擇上，早期研究者曾試圖模仿人的肌肉運(yùn)動(dòng)方式用氣動(dòng)人工肌肉作為雙足步行機(jī)的驅(qū)動(dòng)元件，這種氣動(dòng)人工肌肉通過(guò)橡膠管充氣膨脹引起的收縮來(lái)代替人體肌纖維的收縮運(yùn)動(dòng)，但由于技術(shù)水平的限制，人工肌肉在體積和力學(xué)特性等方面都與真正肌肉有較大差距，實(shí)際效果并不好。目前，大部分機(jī)器人采用伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件。伺服電機(jī)具有速度快、扭矩大的特點(diǎn)，并配備雙向接口，能夠監(jiān)測(cè)當(dāng)前電機(jī)位置，因此得到廣泛應(yīng)用，并取得良好效果。
微型伺服電機(jī)內(nèi)部包括一個(gè)小型直流馬達(dá)、一組變速齒輪、一個(gè)反饋可調(diào)電位器及一塊電子控制板，是一種可定位的直流電機(jī)，當(dāng)接收到一個(gè)位置指令時(shí)，就會(huì)運(yùn)動(dòng)到指定的位置。微型伺服電機(jī)馬達(dá)具有高力矩、高性能、控制簡(jiǎn)單、裝配靈活、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。從各方面因素考慮，本設(shè)計(jì)選用微型伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件。該設(shè)計(jì)選用Robotis公司生產(chǎn)的AX-12+伺服電機(jī)，電機(jī)之間通過(guò)串口通信，由主控制器打包傳輸通信數(shù)據(jù)。
3 雙足機(jī)器人步態(tài)規(guī)劃
目前雙足機(jī)器人的步態(tài)規(guī)劃一般采用兩種方法：一種是應(yīng)用數(shù)學(xué)手段通過(guò)建立機(jī)器人的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行規(guī)劃，另一種方法是模擬人的行走過(guò)程及人的生理結(jié)構(gòu)。該設(shè)計(jì)采用后者。人類(lèi)步行運(yùn)動(dòng)是以一條腿交替地作為支撐，向前擺動(dòng)另一條腿，并伴以軀干和手臂的運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的。其過(guò)程和機(jī)理非常復(fù)雜。研究表明：雙足機(jī)器人在平穩(wěn)步行的條件下，能夠?qū)崿F(xiàn)上身軀和下肢的運(yùn)動(dòng)解耦，并易于對(duì)下身軀的各個(gè)關(guān)節(jié)角進(jìn)行角度規(guī)劃，因此可利用解耦控制分別控制上身軀和下身軀的運(yùn)動(dòng)，并且對(duì)下身軀的各個(gè)關(guān)節(jié)角實(shí)施規(guī)劃。因此。分析和模擬人類(lèi)的步行運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)抓住下肢的主要?jiǎng)幼魈攸c(diǎn)和要領(lǐng)。
3．1 人體步態(tài)周期研究
人體在行走的過(guò)程中，其重心不斷地周期性移動(dòng)和改變，在任何時(shí)刻至少有一只腳與地面接觸，而其中一段是兩只腳同時(shí)著地。單支撐和雙支撐交替進(jìn)行，但只有單支撐和雙支撐在行走周期中所占比例合理，才能保持身體平衡。以一個(gè)周期為研究對(duì)象，比例分配如圖3所示。
評(píng)論