基于Arduino的双足机器人控制方法

摘要：本论文就如何实现机器人预定的功能展开讨论。该双足竞步机器人系统

基于软件平台Arduino为软件开发环境；硬件由窄足机器人、stm32f103zet6单片机、arduino开发板、漫反射激光传感器、超声波测距模块、舵机模块等器件构成。通过Arduino编写主逻辑程序控制32开发板产生PWM波，并通过漫反射激光传

感器和超声波测距模块采集数据，在程序中经过数据处理调整占空比来改变舵机

的运动状态，进而实现控制六个舵机的同时转动，从而达到智能控制机器人的效果。为了提高双足竞步机器人的动作以及寻迹的准确性和可靠性，我们试验了多

套方案并进行升级，进行了大量的测试与调试，最终确定了现有的系统结构和各

项控制参数。

关键词：双足竞步；漫反射激光传感器；超声波测距；舵机；PWM 正文

随着人们对机器人技术智能化本质认识的加深，机器人技术开始源源不断地

向人类活动的各个领域渗透。结合这些领域的应用特点，人们发展了各式各样的

具有感知、决策、行动和交互能力的机器人和各种智能机器。机器人技术是一门

综合了传感和检测、控制理论、信息科学与技术、电子工程、机械工程、图像采

集与识别技术以及人工智能等前沿科技的新型学科，它融合了机械、电子、传感器、计算机硬件、软件、单片机、人工智能等许多学科的知识，涉及到当前许多

前沿领域的技术。随着电子技术的飞速发展，智能机器人在越来越多的领域发挥

着人类无法代替的作用。其中，双足机器人就是当今机器人研究领域最为前沿的

课题之一，双足机器人是一种高度非线性、强耦合的对象，反映了一个国家的智

能化和自动化研究水平，双足机器人研究已成为目前非常活跃的的一个研究领域。为了推动我国机器人技术的发展，培养学生创新能力，在全国范围内相继出现了

一系列的机器人竞赛。进行双足机器人的研究可以使学生把理论与实践紧密地结

合起来，提高学生的动手能力、创造能力、协作能力和综合能力，进而达到课堂

知识学以致用的目的。

双足机器人是一种非常典型的仿人机器人，国外早在上世纪60年代末就开

始了双足机器人的研究开发。随着1968年美国首研发出一台操纵型双足机器人，就此揭开了双足机器人研究的序幕。同时因为双足机器人在各个领域的应用日趋

广泛，各个国家在该领域相继投入巨资开展研究。自20世纪90年代开始，双足

机器人的研究已从模仿人类腿部行走发展到全方位拟人阶段。双足机器人在外形

上具有人类的特征，适合用于人类生活的环境，为人们提供方便，因此具有广阔

的市场前景。

双足机器人与其他多足机器人相比具有体积较小、重量轻、动作灵活、迅速，而且更接近人类步行的特点，因此它们对环境有最好的适应性，对步行环境要求

很低，能适应各种地面且具有较高的逾越障碍的能力，不仅能在平面行走，而且

能够方便地通过一些不规则路段，故它的移动“盲区”很小，具有广阔的工作空间；双足行走也是生物界难度最大的步行工作，双足机器人步行性能是其他步行结构

无法比拟的；除此之外，因双足机器人类人的特点，它可以在人类的生活和工作

环境中与人类协同工作，而不需要专门为其对环境进行大规模改造，所以双足机

器人在日常生活中更具有广泛的应用前景。与此同时，通过研究双足机器人可以

浅谈机器人智能控制研究.答案

陕西科技大学 2015 级研究生课程考试答题纸考试科目机械制造与装配自动化专业机械工程学号1505048 考生姓名乔旭光考生类别专业学位硕士

浅谈机器人智能控制研究摘要：以介绍机器人控制技术的发展及机器人智能控制的现状为基础,叙述了模糊控制和人工神经网络控制在机器人中智能控制的方法。讨论了机器人智能控制中的模糊控制和变结构控制,神经网络控制和变结构控制,以及模糊控制和神经网络控制等几种智能控制技术的融合。并对模糊控制和神经网络控制等方法中的局限性作出了说明。关键词:机器人；智能控制；模糊控制；人工神经网络 1 智能控制的主要方法随着信息技术的发展，许多新方法和技术进入工程化、产品化阶段，这对自动控制技术提出崭新的挑战，促进了智能理论在控制技术中的应用，以解决用传统的方法难以解决的复杂系统的控制问题。智能控制技术的主要方法有模糊控制、基于知识的专家控制、神经网络控制和集成智能控制等,以及常用优化算法有:遗传算法、蚁群算法、免疫算法等。1.1 模糊控制模糊控制以模糊集合、模糊语言变量、模糊推理为其理论基础,以先验知识和专家经验作为控制规则。其基本思想是用机器模拟人对系统的控制,就是在被控对象的模糊模型的基础上运用模糊控制器近似推理等手段,实现系统控制。在实现模糊控制时主要考虑模糊变量的隶属度函数的确定,以及控制规则的制定二者缺一不可。 1.2 专家控制专家控制是将专家系统的理论技术与控制理论技术相结合,仿效专家的经验,实现对系统控制的一种智能控制。主体由知识库和推理机构组成,通过对知识的获取与组织,按某种策略适时选用恰当的规则进行推理,以实现对控制对象的控制。专家控制可以灵活地选取控制率,灵活性高;可通过调整控制器的参数,适应对象特性及环境的变化,适应性好;通过专家规则,系统可以在非线性、大偏差的情况下可靠地工作,鲁棒性强。 1.3 神经网络控制神经网络模拟人脑神经元的活动,利用神经元之间的联结与权值的分布来表

人工智能技术在交通控制领域的应用

人工智能技术在交通控制领域的应用交通信号控制(TrafficSignalControl，TSC)是依据路网交通流数据，对交通信号进行初始化配时和控制，同时根据实时交通流状况，实时调整配时方案，实现交通控制的优化。交通控制从被控区域的最小延误时间出发，获得最佳的配时方案，是系统化最优的思想。为获得整个路口交通效益的最大，可采用两种方法：一是采用数学模型对交叉口各个方向的车辆到达作准确的预测，根据运筹学和最优化理论确定各个方向的绿灯时间；二是采用智能控制的交通信号控制(Traffic Signal Control，TSC)是依据路网交通流数据，对交通信号进行初始化配时和控制，同时根据实时交通流状况，实时调整配时方案，实现交通控制的优化。交通控制从被控区域的最小延误时间出发，获得最佳的配时方案，是系统化最优的思想。为获得整个路口交通效益的最大，可采用两种方法：一是采用数学模型对交叉口各个方向的车辆到达作准确的预测，根据运筹学和最优化理论确定各个方向的绿灯时间；二是采用智能控制的方法对交叉口进行控制。由于城市交通系统具有随机性、模糊性、不确定性等特点，很难对其建立数学模型。计算机的出现和广泛应用促成了人工智能研究热潮的掀起，针对传统交通控制系统的固有缺陷和局限性，许多学者把人工智能的实用技术相继推出并应用到交通控制领域。 1 交通控制领域中人工智能研究方法 1.1 基础研究方法交通控制领域中人工智能基础研究方法有模糊控制、遗传算法、神经网络，另外还有蚁群算法、粒子群优化算法等。模糊系统模糊逻辑是一种处理不确定性、非线性等问题的有力工具，特别适用于表示模糊及定性知识，与人类思维的某些特征相一致，故嵌入到推理技术中具有良好效果。模糊控制能有效处理模糊信息，但是产生的规则比较粗糙，没有自学习能力。遗传算法遗传学通过运用仿生原理实现了在解空间的快速搜索，广泛用于解决大规模组合优化问题。在解决实时交通控制系统中的模型及计算问题时，可以通过遗传算法进行全局搜索和确定公共周期，也可以利用遗传算法来解决面控系统中各交叉路口信号控制方案的最优协作问题，有效避免可能由此引起的交通方案组合爆炸后果。神经网络人工神经网络擅长于解决非线性数学模型问题，并具有自适应、自组织和学习功能，广泛应用于模式识别、数据分析与处理等方面，其显著特点是具有学习功能。

(完整版)基于单片机控制的双足行走机器人的设计

基于单片机控制的双足行走机器人设计摘要：21世纪机器人发展日新月异，从传统的履带式机器人到如今的双足行走机器人，机器人的应用范围越来越广。本系统以单片机（STC89c52）为系统的中央控制器，以单片机（STC12c5410ad）为舵机控制模块。将中央控制器与舵机控制器，舵机，各类传感设备及受控部件等有机结合，构成整个双足行走机器人，达到行走、做动作的目的。单片机中央控制器与舵机控制器以串口通信方式实现。系统的硬件设计中，对主要硬件舵机控制器和STC89C52单片机及其外围电路进行了详细的讲述。硬件包括舵机控制器，STC12C5410AD 单片机，按键，各种传感器和数据采集与处理单元。软件包括单片机初始化、主程序、信号采集中断程序、通过串口通讯的接收和发送程序。论文的最后部分以双足行走机器人为基础，结合传感器，外围控制设备组成控制系统，并给出了此系统应用领域的一些探讨和研究。关键词：单片机；舵机控制； STC12C5410AD

Bipedal robot design based on MCU Abstract：In the 21st century robot development changes with each passing day, from the traditional crawler robot to now bipedal robot, the robot's application scope is more and more widely.This system by single chip microcomputer (STC89c52) as the central controller in the system, STC12c5410ad MCU as the steering gear control module. The central controller and the servo controller, Steering gear, all kinds of sensing and control components such as organic combination, make up the whole bipedal robot, the purpose of to walk, do the action.Single chip microcomputer central controller and the servo controller to realize serial communication way.System hardware design, the main hardware servo controller and STC89C52 single-chip microcomputer and peripheral circuit in detail. Hardware including servo controller, STC12C5410AD micro controller, buttons, all kinds of sensor and data acquisition and processing unit. Software includes MCU initialization, the main program, and interrupts program signal collection, through a serial port communication to send and receive procedures. The last part of the paper on the basis of bipedal robot, combined with the sensor, the peripheral control device of control system, this system is also given some discussions and research in the field of application. Keywords：MCU; Servo Control; STC12C5410AD

迈科讯机器人控制系统软件说明书V1-图文

迈科讯机器人控制系统深圳市迈科讯科技有限公司版本:V1.60 日期:2012年10月18日目录 1 迈科讯机器人控制系统概述 (3 2 迈科讯机器人控制系统的坐标系 (4 2.1 关节坐标系 (4 2.2 直角坐标系 (4 2.3 世界坐标 (6 2.4 工具坐标 (6 2.4.1 工具坐标系的方向 (7 2.4.2 工具坐标系的移动 (7 2.5 工件坐标 (7 3 迈科讯机器人控制系统软件操作指南 (9 3.1 页面选择区 (9 3.1.1 参数设定 (10

3.1.1.1 操作员登录设置 (11 3.1.1.2 系统登录设置 (11 3.1.1.3 机械参数设置 (11 3.1.1.4 本体定位设置 (12 3.1.1.5 编码器设置 (13 3.1.1.6 工具设置 (13 3.1.2 点位教导 (14 3.1.3 程序设计 (18 3.1.4 运行程序 (22 3.2 启动和关闭系统 (23 3.3 状态栏 (25 迈科讯机器人控制系统深圳市迈科讯科技有限公司 1 迈科讯机器人控制系统概述迈科讯机器人控制系统是深圳市迈科讯科技有限公司采用高级语言采用高级编程语言Visual C++ 6.0开发的通用的六轴机器人控制软件,此控制系统具有界面美观、操作方便、功能齐全、性能稳定的人机操作接口和控制特点。通过此软件结合本公司的机器人运动控制器,对于各种不同机械结构的六轴机器人本体,减速机,和不同类型的伺服电机

,只需简要的做一定的参数设定和硬件上的线路连接,即可简单,高效的控制机器人本体做出各种姿态的点位,直线,圆弧运动控制;而结合机器人运动控制器的输入输出点的控制,可以使机器人在生产加工现场做出精密,快速,智能化的重复性动作。 2 迈科讯机器人控制系统的坐标系迈科讯机器人控制系统的机器人的坐标系统有两种:关节坐标系和直角坐标系,而在教导点位的时候直角坐标系可分为世界坐标和工具坐标两种。 2.1 关节坐标系图2-1 迈科讯机器人控制系统关节坐标系迈科讯机器人控制系统关节坐标系(Joint Coordinate:用每个轴的旋转角度(J1,J2,J3,J4,J5,J6来表示机器人的位姿。如图2-1所示,1轴,2轴,3轴, 4轴,5轴,6轴分别对应J1,J2,J3,J4,J5,J6;而每个轴的正负方向表示旋转角度的正负。 2.2 直角坐标系

双足步行机器人设计及运动控制

目录第1章序言 (2) 1.1 双足机器人现状 (2) 1.2 技能综合训练意义 (2) 1.3 技能训练的内容 (2) 第2章元件选择、结构设计 (3) 2.1元件选择 (3) 2.2结构设计三维设计图 (4) 2.2.1零件三位模型以及装配 (4) 2.2.2装配三维模型 (7) 第3章控制系统设计 (10) 第4章系统软件编程与仿真 (12) 第5章结论...................................................................... 错误！未定义书签。参考文献 (17)

第1章序言 1.1双足机器人现状随着世界第一台工业机器人1962年在美国诞生，机器人已经有了三十多年的发展史。三十多年来，机器人由工业机器人到智能机器人，成为21世纪具有代表性的高新技术之一，其研究涉及的学科涵盖机械、电子、生物、传感器、驱动与控制等多个领域。世界著名机器人学专家，日本早稻田大学的加藤一郎教授说过：“机器人应当具有的最大特征之一是步行功能。”双足机器人属于类人机器人，典型特点是机器人的下肢以刚性构件通过转动副联接，模仿人类的腿及髋关节、膝关节和踝关节，并以执行装置代替肌肉，实现对身体的支撑及连续地协调运动，各关节之间可以有一定角度的相对转动。双足机器人不仅具有广阔的工作空间，而且对步行环境要求很低，能适应各种地面且具有较高的逾越障碍的能力，其步行性能是其它步行结构无法比拟的。研究双足行走机器人具有重要的意义 1.2技能综合训练意义技能训练是在学生修完除毕业设计外全部理论和时间课程以后的一次综合性时间教学环节，其目的和意义在于：通过技能训练，了解机器人机构及控制系统设计的基础知识；掌握机器人系统中元部件的正确选择方法和特性参数的确定；培养学生对所学知识的综合应用，理论联系实际的能力；培养学生的动手能力和实际操作能力； 1.3技能训练的内容 1、主要内容： 1）、机器人结构设计； 2）、控制系统软硬件设计与仿真； 3）、八自由度机器人运动控制。 2、训练形式学生以小组为单位，集体讨论确定整体方案；指导教师给出实训方向，技术指标等，协助学生完成训练任务。

机器人控制技术论文

摘要为使机器人完成各种任务和动作所执行的各种控制手段。作为计算机系统中的关键技术，计算机控制技术包括范围十分广泛，从机器人智能、任务描述到运动控制和伺服控制等技术。既包括实现控制所需的各种硬件系统，又包括各种软件系统。最早的机器人采用顺序控制方式，随着计算机的发展，机器人采用计算机系统来综合实现机电装置的功能，并采用示教再现的控制方式。随着信息技术和控制技术的发展，以及机器人应用范围的扩大，机器人控制技术正朝着智能化的方向发展，出现了离线编程、任务级语言、多传感器信息融合、智能行为控制等新技术。多种技术的发展将促进智能机器人的实现。当今的自动控制技术都是基于反馈的概念。反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。测量关心的变量，与期望值相比较，用这个误差纠正调节控制系统的响应。这个理论和应用自动控制的关键是，做出正确的测量和比较后，如何才能更好地纠正系统。 PID（比例-积分-微分）控制器作为最早实用化的控制器已有50多年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。它由于用途广泛、使用灵活，已有系列化产品，使用中只需设定三个参数（Kp，Ti 和Td）即可。在很多情况下，并不一定需要全部三个单元，可以取其中的一到两个单元，但比例控制单元是必不可少的。关键词：机器人，机器人控制，PID，自动控制

目录摘要.......................................................... I 第1章绪论................................................ - 1 - 1.1机器人控制系统 (1) 1.2机器人控制的关键技术 (1) 第2章机器人PID控制...................................... - 2 - 2.1PID控制器的组成 (2) 2.2PID控制器的研究现状 (2) 2.3PID控制器的不足 (3) 第3章 PID控制的原理和特点 ................................ - 4 - 3.1PID控制的原理 (4) 3.2PID控制的特点 (5) 第4章 PID控制器的参数整定 ................................ - 5 -后记...................................................... - 6 -

自做六自由度双足步行机器人

自制六自由度双足机器人一、制作六自由度双足机器人步骤： 1、确定舵机：舵机的好坏直接影响机器人的效果； 2、自制舵机后盖：它是连接舵机和U型架的重要组成部件；（买一个标准的舵机后盖是最好不过，但你的动手能力和思考问题解决问题的能力就没有提高，因此我选择自制一个舵机后盖） ①选择铁皮为制作材料； ②测量舵机尺寸，截取合适铁皮条（尺寸为20mm*116mm）； ③折弯，注意左右对称； ④确定固定用定位孔的位置，并使用1mm钻头打孔； ⑤打固定用螺丝孔（使用3mm钻头）； ⑥确定舵机输出同轴定位孔的位置，并使用1mm钻头打孔； ⑦打舵机输出同轴螺丝孔（使用3mm钻头）； ⑧打舵机后盖过线孔（6mm*8mm）；注：脚上的舵机后盖比较特殊，要考虑它要和脚底板相连，我的解决方法是在上述舵机后盖的基础上，增加宽度，并折弯，打孔，同脚底板相连。 3、自制U型架：在双足机器人中，舵机相当于人的关节，那U型架就是人的骨骼。U型架的制作：（以下是我的设计，可根据具体需求，自行设计尺寸） ①选择铝合金板（厚度一般为1.5mm）；

②将铝合金板切成细条（尺寸为20mm*116mm）； ③折弯，注意左右高度相等； ④打定位孔（使用1mm钻头），注意孔的位置以U型架的“U” 字底为基准； ⑤打螺丝孔（使用3mm钻头）； ⑥磨削加工。 4、自制脚底板：脚底板的设计可以多种多样，但要保证一点，即机器人抬脚走路时，要保证重心用你设计的脚底板可以承受得住。 5、自制机器人腰部：其实就是连接两条腿的部件，长宽是根据设计的脚底板的大小确定的。二、需要注意的问题： 1、机器人左右质量要保证尽量一致，否则走路会有偏差。 2、制作部件时，要注意基准。三、软件编程：软件编程，主要是靠控制舵机旋转不同的角度。

机器人控制器(CM-6)说明书

机器人控制器（CM-6）说明书注意：本控制器除了采用适配器电源供电方式外，还可以采用电池供电，采用的是SANYO 的12V可充电镍氢电池。而且这种电路设计有个特点：接上适配器时，电池就跟电路断开了，所以就算电池插上了也不会接入电路，有效的保护了电池。D1为电源指示灯。在用电池供电时，注意电池的极性，防止反接。一、程序的编写和编译采用WINAVR软件进行编译。安装完之后，打开“Programmers Notepad（WinAVR）”，开始程序的编写。 1. 新建一个工程 2..新建一个c语言源文件并另存为“XX.c”文件，例如main.c

3接下来要把main.c添加到main这个项目中， 4.在main.c中写程序，并保存。

5.makefile的制作。由于WinA VR没有像Keil uVision那样的集成IDE，所以我们需要写一个叫做makefile的文件来管理程序的编译链接。Makefile是脚本文件，一个标准的可执行文件makefile.exe负责解析它并根据脚本内容来调用编译器、连接器或其他的工具。 WinA VR的编译需要一个makefile文件，并需要把这个文件放到当前工程的目录下，这样才能正确编译。Makefile可以直接拷贝本目录下的makefile文件到项目文件夹下，然后用“Programmers Notepad（WinAVR）”打开makefile文件。修改过程中，只需要修改“TARGET”和“SRC”这两项，把TARGET修改为刚才的源文件（.C文件）的文件名，本例中为“main“，相应地把SRC改为“main.c”即可。修改完之后保存即可。

智能控制技术在工业机器人控制领域中的应用

智能控制技术在工业机器人控制领域中的应用摘要：近年来，我国的工业化进程有了很大进展，智能控制技术也有了很大进展。工业机器人作为当前工业生产中最为重要的组成部分，必须要充分借助当前最为先进的智能控制技术，不断提升工业机器人的控制效果，以更好地推动工业机器人行业的发展。文章立足于工业机器人，对智能控制技术在其控制领域中的具体应用进行了详细的研究和分析。关键词：智能控制技术；工业机器人；控制；应用引言工业机器人的出现转变了传统工业制造的局限性，其具有高效、安全、自动化等多方面优势，工业机器人在智能制造中的应用为制造业发展开辟了又一崭新方向。相比于发达国家我国在工业机器人方面的研究和技术水平还有很大差距，国家方面还需要在这方面加强人才培养与工艺机器人自主研发的投入，这样才能为智能制造发展创造更好的条件。 1我国工业机器人技术的发展现状全世界第一代工业机器人现世与二十世纪五十年代，这是最简单的机器人，这种机器人需要人工事先将程序输入完成，而后机器人就依照系统程序的指示来完成规定动作，这类机器人只能够帮助人类完成一些简单的机械化操作。此后，人们对机器人的认知不断提升，科技也越发发达，第二代工业机器人也很快面世，较之第一代，第二代明显要更加全面和灵活，第二代工业机器人可以在人们离线的状态下进行和精准的完成设定好的动作，使得人们对工业机器人的使用更加便利。与此同时，人工智能手机的不断发展，使得人们不在满足于工业机器人的简单操作，他们仿造智能手机将智能传感器安装于工业机器人上，实现了工业机器人的智能化。这大大的提高了工业上的制造效率，满足了人们的需求，之前，日本的工业机器人处于世界工业机器人发展的最前端，与之相比，中国的工业机器人引入较晚，发展空间还很大，所以中国对于工业机器人这一方向上还应更加深入研究。如今，随着中国对工业机器人的不断深入研究和创新，中国的工业机器人技术也越发娴熟，与其他发达国家的差距也越来越小。发展至今，中国的工业机器人主要应用在电器和汽车领域，这也使得中国的这两个领域的发展更加迅速。 2工业机器人控制系统中常见的智能控制技术分析（1）模糊控制技术。在工业机器人控制系统中，模糊控制技术是其中最为常见的控制技术，其核心主要为数据转换，即：输入量模糊化模块。在具体设计过程中，主要是将其与数据信息存储中心、数据信息识别系统、信息输出系统四个部分进行组合应用，进而实现机器人智能控制。这一控制过程又称之为模糊控制，其原理为：通过该系统将输入数据、输入量模糊化模块进行转换，并以模糊量的形式进行传输，将其传输至模糊推理机，接着再由模糊推理机，对数据进行识别输入，使其传输至对比知识库中存储数据中，进而最终传输到输出量清晰化的模块中，并对其进行转换，使其成为可执行的命令，以完成机器人的职能控制。（2）专家控制技术。专家控制技术也是机器人智能控制技术中最为重要的一种。专家控制技术是专家系统技术与传统控制技术的有效组合，也是专家控制技术的升级。就专家控制技术来说，是建立在专家系统知识、规则基础上而实现的，对机器人控制系统程度的最优化进行了实现，并在机器人的领域中得到了广泛的应用。具体来说，专家控制技术主要包括两个方面，即：专家系统、数值算法。同时，这两个部分还可以进一步进行细化，专家系统可细化成为推理机、知识库等

双足机器人设计

小型双足步行机器人的结构及其控制电路设计两足步行是步行方式中自动化程度最高、最为复杂的动态系统。两足步行系统具有非常丰富的动力学特性，对步行的环境要求很低，既能在平地上行走，也能在非结构性的复杂地面上行走，对环境有很好的适应性。与其它足式机器人相比，双足机器人具有支撑面积小，支撑面的形状随时间变化较大，质心的相对位置高的特点。是其中最复杂，控制难度最大的动态系统。但由于双足机器人比其它足式机器人具有更高的灵活性，因此具有自身独特的优势，更适合在人类的生活或工作环境中与人类协同工作，而不需要专门为其对这些环境进行大规模改造。例如代替危险作业环境中(如核电站内)的工作人员，在不平整地面上搬运货物等等。此外将来社会环境的变化使得双足机器人在护理老人、康复医学以及一般家务处理等方面也有很大的潜力。双足步行机器人自由度的确定两足步行机器人的机构是所有部件的载体，也是设计两足步行机器人最基本的和首要的工作[1]。它必须能够实现机器人的前后左右以及爬斜坡和上楼梯等的基本功能，因此自由度的配置必须合理:首先分析一下步行机器人的运动过程(前向)和行走步骤:重心右移(先右腿支撑)、左腿抬起、左腿放下、重心移到双腿中间、重心左移、右腿抬起、右腿放下、重心移到双腿间，共分8个阶段。从机器人步行过程可以看出:机器人向前迈步时，髓关节与踝关节必须各自配置有一个俯仰自由度以配合实现支撑腿和上躯体的移动;要实现重心转移，髋关节和踝关节的偏转自由度是必不可少的;机器人要达到目标位置，有时必须进行转弯，所以需要有髋关节上的转体自由度。另外膝关节处配置一个俯仰自由度能够调整摆动腿的着地高度，使上下台阶成为可能，还能实现不同的步态。这样最终决定髋关节配置3个自由度，包括转体(roll)、俯仰(pitch)和偏转(yaw)自由度，膝关节配置一个俯仰自由度，踝关节配置有俯仰和偏转两个自由度。这样，每条腿配置6个自由度，两条腿共12个自由度。髋关节、膝关节和踝关节的俯仰自由度共同协调动作可完成机器人的在纵向平面(前进方向)内的直线行走功能；髋关节的转体自由度可实现机器人的转弯功能；髋关节和踝关节的偏转自由度协调动作可实现在横向平面内的重心转移功能。机器人的转体(roll)、俯仰(pitch)和偏转(yaw)定义如图1所示[2]。

智能机器人控制系统

机器人的控制机器人控制系统是机器人的大脑，是决定机器人功能和性能的主要因素。机器人控制技术的主要任务就是控制工业机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及动作的时间等。具有编程简单、软件菜单操作、友好的人机交互界面、在线操作提示和使用方便等特点。智能机器人控制的关键技术关键技术包括： (1)开放性模块化的控制系统体系结构：采用分布式CPU计算机结构，分为机器人控制器(RC)，运动控制器(MC)，光电隔离I/O控制板、传感器处理板和编程示教盒等。机器人控制器(RC)和编程示教盒通过串口/CAN总线进行通讯。机器人控制器(RC)的主计算机完成机器人的运动规划、插补和位置伺服以及主控逻辑、数字I/O、传感器处理等功能，而编程示教盒完成信息的显示和按键的输入。 (2)模块化层次化的控制器软件系统：软件系统建立在基于开源的实时多任务操作系统Linux上，采用分层和模块化结构设计，以实现软件系统的开放性。整个控制器软件系统分为三个层次：硬件驱动层、核心层和应用层。三个层次分别面对不同的功能需求，对应不同层次的开发，系统中各个层次内部由若干个功能相对对立的模块组成，这些功能模块相互协作共同实现该层次所提供的功能。 (3)机器人的故障诊断与安全维护技术：通过各种信息，对机器人故障进行诊断，并进行相应维护，是保证机器人安全性的关键技术。 (4)网络化机器人控制器技术：目前机器人的应用工程由单台机器人工作站

向机器人生产线发展，机器人控制器的联网技术变得越来越重要。控制器上具有串口、现场总线及以太网的联网功能。可用于机器人控制器之间和机器人控制器同上位机的通讯，便于对机器人生产线进行监控、诊断和管理。 PID控制原理和特点在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。比例（P）控制比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。积分（I）控制在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入积分项。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。微分（D）控制

机器人教案合集

课题：多彩的机器人世界第5周第1课时教学目标知识与技能 1.掌握机器人的定义 2.了解机器人的发展历程及用途 3.认识机器人的分类过程与方法锻炼学生科学对待生活中遇到的问题、培养学生区别人工智能和人类智能的能力、培养学生观察能力、思维能力和联想能力、培养学生的用科学的方法解决问题能力。情感态与价值观有意识培养学生的讨论、及合作意识、培养他们热爱科学、学习科学的精神。教学重点：机器人的定义教学难点机器人的分类教学过程学生活动一:导入: 机器人技术的应用非常的广泛,大到神州七号,航空母舰,小到感应灯.自动冲水水龙头.那么你们知道到底什么是机器人；以及他们有哪些分类吗？二:新课: 一、这节课主要是让学生了解机器人的定义：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的自动化机器。二、并针对机器人的具体情况找一些图片，让学生了解在我们的现实生活中存在的活生生的机器人世界三、让学生了解机器人的分类：工业机器人娱乐机器人服务机器人军用机器人教育机器人四、最后展示一下未来机器人可能的样子：观看展示的文字有图片，对机器人有初步的了解。并可以上网自己找一些自己感兴趣的实例。教学成果展示评价

学生自己上网找相关信息的照片：教学机器人初识：这节课主要让学生了解机器人的一些知识，了解我们这个世界对机器人的使用。反思：这节课主要是了解世界人的世界，在教学的时候有点过于注重基础知识的掌握，要敢行放开，让学生通过网络更多的接触才好，限于学校的现有的情况，更多的要注重学习兴趣的养成，可以让学生在课下的时候多关注此类信息，特别要多注意日本的机器人发展，它代表着世界自动化的发展进度。课题：我的真实机器人第6周第2课时教学知识与技能 1、了解教学机器人的马达及指示灯 2、可以控制马达与指示灯

双足机器人技术设计

双足机器人技术设计摘要：双足机器人的机构是所有部件的载体，也是设计双足机器人最基本的和首要的工作。本文根据项目规划和控制任务要求，按照从总体到部分、由主到次的原则，设计了一种适合仿人双足机器人控制的机构。文章首先从机构的设计目标出发，制定了总体设计方案，再根据总体方案进行了关键器件的选型，最后完成了各部分机构的详细设计工作。最终的机构在外型上具有仿人的效果，在功能上完全满足电气各部件机载化的安装要求。关键词：载体；设计方案；控制 1 引言双足机器人机构设计是机器人研制开发的首要问题。我们根据项目整体机构高度、重量、总自由度数、自由度的布局、以及整体机构最终要达到的步幅和步速的要求，首先确定了双足机器人机构的整体设计方案，其次根据研制进度的需要，按重要程度由高至低分步地进行了机构的设计、加工、装配和调试，直到满足设计要求。 2 机构总体设计方案针对项目根据实际拟订目标，结合我们所学知识，从仿人外形和仿人运动功能实现，首先确定了双足双足机器人自由度。双足机器人的机构是所有部件的载体，也是设计两足双足机器人最基本的和首要的工作。它必须能够实现机器人的前后左右以及爬斜坡和上楼梯等的基本功能，因此自由度的配置必须合理。首先分析双足机器人的运动过程(前向)和行走步骤:重心右移(先右腿支撑)、左腿抬起、左腿放下、重心移到双腿中间、重心左移、右腿抬起、右腿放下、重心移到双腿间，共分8个阶段。从机器人步行过程可以看出:机器人向前迈步时，髋关节与踝关节必须各自配置有一个俯仰自由度以配合实现支撑腿和上躯体的移动；要实现重心转移，髋关节和踝关节的偏转自由度是必不可少的;机器人要达到目标位置，有时必须进行转弯，所以需要有髋关节上的转体自由度。另外膝关节处配置一个俯仰自由度能够调整摆动腿的着地高度，使上下台阶成为可能，还能实现不同的步态。这样最终决定髋关节配置3个自由度，包括转体、俯仰、和偏转自由度，膝关节配置一个俯仰自由度，踝关节配置有俯仰和偏转两个自由度。这样，每条腿配置6个自由度，两条腿共12个自由度。髋关节、膝关节和踝关节的俯仰自由度共同协调动作可完成机器人的在纵向平面(前进方向)内的直线行走功能；髋关节的转体自由度可实现机器人的转弯功能；髋关节和踝关节的偏转自由度协调动作可实现在横向平面内的重心转移功能。提出了机

机器人控制技术论文

机器人技术论文机器人技术论文摘要为使机器人完成各种任务和动作所执行的各种控制手段。作为计算机系统中的关键技术，计算机控制技术包括范围十分广泛，从机器人智能、任务描述到运动控制和伺服控制等技术。既包括实现控制所需的各种硬件系统，又包括各种软件系统。最早的机器人采用顺序控制方式，随着计算机的发展，机器人采用计算机系统来综合实现机电装置的功能，并采用示教再现的控制方式。随着信息技术和控制技术的发展，以及机器人应用范围的扩大，机器人控制技术正朝着智能化的方向发展，出现了离线编程、任务级语言、多传感器信息融合、智能行为控制等新技术。多种技术的发展将促进智能机器人的实现。当今的自动控制技术都是基于反馈的概念。反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。测量关心的变量，与期望值相比较，用这个误差纠正调节控制系统的响应。这个理论和应用自动控制的关键是，做出正确的测量和比较后，如何才能更好地纠正系统。 PID（比例-积分-微分）控制器作为最早实用化的控制器已有50多年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。它由于用途广泛、使用灵活，已有系列化产品，使用中只需设定三个参数（Kp，Ti和Td）即可。在很多情况下，并不一定需要全部三个单元，可以取其中的一到两个单元，但比例控制单元是必不可少的。关键词：机器人，机器人控制，PID，自动控制

第1章引言机器人控制的关键技术关键技术包括： (1)开放性模块化的控制系统体系结构：采用分布式CPU计算机结构，分为机器人控制器(RC)，运动控制器(MC)，光电隔离I/O控制板、传感器处理板和编程示教盒等。机器人控制器(RC)和编程示教盒通过串口/CAN总线进行通讯。机器人控制器(RC)的主计算机完成机器人的运动规划、插补和位置伺服以及主控逻辑、数字I/O、传感器处理等功能，而编程示教盒完成信息的显示和按键的输入。 (2)模块化层次化的控制器软件系统：软件系统建立在基于开源的实时多任务操作系统Linux 上，采用分层和模块化结构设计，以实现软件系统的开放性。整个控制器软件系统分为三个层次：硬件驱动层、核心层和应用层。三个层次分别面对不同的功能需求，对应不同层次的开发，系统中各个层次内部由若干个功能相对对立的模块组成，这些功能模块相互协作共同实现该层次所提供的功能。 (3)机器人的故障诊断与安全维护技术：通过各种信息，对机器人故障进行诊断，并进行相应维护，是保证机器人安全性的关键技术。第2章机器人PID控制 2.1 PID控制器的组成 PID控制器由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成。其输入e (t)与输出u (t)的关系为u(t)=Kp(e((t)+1/TI∫e(t)dt+TD*de(t)/dt) 式中积分的上下限分别是0和t，因此它的传递函数为：G(s)=U(s)/E(s)=kp(1+1/(TI*s)+TD*s)；其中Kp为比例系数；TI为积分时间常数；TD为微分时间常数。它由于用途广泛、使用灵活，已有系列化产品，使用中只需设定三个参数（Kp，Ti和Td）即可。在很多情况下，并不一定需要全部三个单元，可以取其中的一到两个单元，但比例控制单元是必不可少的。首先，PID应用范围广。虽然很多工业过程是非线性或时变的，但通过对其简化可以变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统，这样PID就可控制了。其次，PID参数较易整定。也就是，PID参数Kp，Ti和Td可以根据过程的动态特性及时整定。如果过程的动态特性变化，例如可能由负载的变化引起系统动态特性变化，PID参数就可以重新整定。 2.2 PID控制器的研究现状虽然有这些缺点，PID控制器是最简单的有时却是最好的控制器。目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。一个控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接口。控制器的输出经过输出接口、执行机构，加到被控系统上；控制系统的被控量，经过传感器，变送器，通过输入接口送到控制器。不同的控制系统，其传感器、变送器、执行机构是不一样的。比如压力控制系统要采用压力传感器。电加热控制系统的传感器是温度传感器。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器，其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。 2.3 PID控制器的不足在一些情况下针对特定的系统设计的PID控制器控制得很好，但它们仍存在一些问题需要解

双足行走机器人稳定性控制方法

双足行走机器人稳定性控制方法 1 引言人作为双足行走生物，是在长期的生物进化过程中形成的。人能够不自觉地保持身体的直立性和平衡性，不论是在静止不动还是在行走过程中。一旦失去平衡，人就会产生相应的动作，使身体保持平衡。例如，在静止时，当人的重心偏向一侧时，就会不自觉地向该侧跨出一脚，以使重心位置落于支撑面内。这里，支撑面定义为两脚之间的面积以及两脚的面积。当重心落于支撑面内时，就不会倾倒。再如，在行走过程中，人的重心不断向前移动，超出了两脚尖的位置，迫使人向前迈出脚，这样才使人的行走成为可能，使人的行走自然流畅。因此，控制机器人重心的位置及重心位置的速度，是机器人保持稳定及产生有效步态的关键。本文就是控制机器人的重心位置，使其落于支撑面内，从而达到了机器人稳定性控制的目的。机器人的重心可以由安装在机器人脚底的力传感器测知。当重心偏向一侧，这一侧的传感器输出偏大，相反的一侧的力传感器等于零，或趋近于零。本文用感知器来感知机器人重心位置的变化，当重心超出支撑面时，系统将发出动作指令，使机器人保持稳定。本文采用的神经网络感知器(perception)是最简单的人工神经网络，它是ro senb l a tt于1958 年提出的具有自学习能力的感知器。在这种人工神经网络中，记忆的信息存储在连接权上，外部刺激通过连接通道自动激活相应的神经元，以达到自动识别的目的。感知器模型如图1 所示，通常由感知层s(sensory)、连接层a(association)和反应层构成r(response)。 2 人工神经元感知器的学习算法可以用下面的方法训练网络：(1) 初始化s 层至连接层(a 层)的连接权矩阵中的各个元素及ａ层各单元的阀值赋予［－１，＋１］之间的随机值，一般情况下vij＝１θj＝０i＝１，２，λ，pj＝１，２，λ，n 且在整个学习

一种双足步行机器人的步态规划方法

?16? 一种双足步行机器人的步态规划方法 □胡洪志马宏绪国防科技大学机电工程与自动化学院 [摘要]本文介绍了一种双足步行机器人的步态规划方法,以前向运动为例,详细介绍了先分阶段规划然后合成的方法,并讨论了行走过程中的冲击振动问题及减振措施,实验及仿真结果验证了这一规划方法的有效性。[关键字]双足步行机器人步态规划减振 [Abstract]In this p a p er ,w e p ut forw ard a m ethod for hum anoid robot g ait p lannin g .W e take forw ard m otion for exam p le ,illustrate the p hase p lannin g and com p ound m ethod in detail.T his p a p er also discusses the im p act v ibration p roblem and how to g et rid of it.T he ex 2p erim ent and simulation result verified the validation of the m ethod. [K e y w ords]bi p ed robot ;g ait p lannin g ;v ibration decrease [作者简介]胡洪志:男,1978年3月生,国防科技大学机电工程与自动化学院研究生,研究方向:智能机器人系统。马宏绪:男,1966年8月生,国防科技大学机电工程与自动化学院教授,硕士生导师,研究方向:智能机器人系统。 1引言双足步行机器人的研究是由仿生学、机械工程学和控制理论等多种学科相互融合而形成的一门综合学科,是机器人研究的一个重要分支。双足步行机器人的研究可以促进多个学科的研究,并为相关学科的研究提供一个平台,具有很大的理论价值。在实际应用中,双足步行机器人可用于有放射性、危险及其它对人体有害的环境中取代人类劳动,把人从高强度、长时间及单调乏味的工作中解脱出来,具有广阔的市场前景。步行机器人最大的特征是步行,步态是在步行运动过程中,步行体的身体各部位在时序和空间上的一种协调关系,步态规划是双足步行机器人研究中的一个关键技术。要实现和提高机器人的行走性能,必须研究实用而有效的步态规划方法,实现机器人的稳定步行。 2双足步行机器人模型本文的研究对象是一台具有12关节自由度的双足步行机构,每条腿各有6个自由度,即:踝关节有前向和侧向两个自由度;膝关节一个前向自由度,髋关节具有三个自由度,包括前向、侧向及转弯自由度。由仿真分析及实验研究可知,在步行运动中,双足步行机器人前向各关节的运动与侧向各关节运动之间的耦合很小,可以忽略这一耦合的影响,对机器人前向和侧向的运动分开建模。本文主要讨论前向运动的步态规划问题。前向运动模型如下图一: 定义:双腿关节,先左腿,后右腿,左腿由下至上,右腿由上至下,依次标注为1,2,3,...,10,11,12,各关节对应的转角依次为θ1,θ2,θ3,…,θ10,θ11,θ12,其中θ1,θ5,θ8,θ12,分别为双腿侧向关节对应的转角;θ2,θ3,θ4,θ11,θ10,θ9为双腿前向关节对应的转角;θ6, θ7转弯关节在前向运动中始终保持为零。图一

智能机器人的控制技术前景分析

智能机器人的控制技术前景分析随着科学技术的发展，机器人控制技术也日渐成熟，不仅在力矩和位置控制等基础技术上有所进步，在智能化控制上也有显著提高。可是机器人基础控制技术尽管比较完善，但是想要得到进一步提升却有很大难度，因此，智能化发展成为了机器人控制技术的研发方向，该技术上突破会给基础控制技术的发展带来契机，本文重在研究机器人控制技术的发展方向及难度，希望本文内容能对机器人控制技术的研究带来帮助。机器人技术一直是国内外科学家重点研究的课题，尤其是美国、日本等发达国家更是机器人研究能力较强的国家，他们对机器人的研究工作有近60年了，而且实现了编程机器人向智能化机器人的发展。他们经过多年研究总结，把机器人控制技术分为三大部分，分别是力矩技术、位置技术和智能技术，其中，力矩技术和位置技术是基础，智能技术是研究的发展方向，所以说，前者是基础技术，后者是重点技术，两者都要快速地向前发展。 1.机器人基础控制技术的重要性及所面临的技术难题力矩技术和位置技术是机器人控制技术的基础，智能化技术是在这两种技术的基础上进行发展的，所以说，我们要想实现机器人智能化发展，就要先认识到力矩技术和位置技术的作用，了解到两种基础控制技术的重要性。以前，在机器人基础控制技术中的研究重点是速度、位置和受力等要素，而随着科学技术的发展，控制技术又需要研究各种实用的系统技术，从而保证机器人基础控制技术更加完善。可以这样说，在当今时代，机器人基础控制技术已经达到了一定的水平，这给机器人控制技术的发展打下了坚实的基础，但是，对于作为基础技术中的力矩技术和位置技术来说，要想实现突破，却要依赖智能化技术的发展，因此，位置技术、力矩技术、智能技术三者是紧密联系和相互制约的，位置技术和力矩技术为机器人控制技术智能化发展打下了基础，智能化技术又为机器人基础控制技术的突破带来了机会。下面，我介绍一下机器人控制基础技术所面临的难题。第一，机器人基础技术研发中存在技术难题。机器人系统设置和实际运动出现不一致问题，这个问题一直难以解决，这对位置技术和力矩技术来说是一个大的挑战。第二，数据模型不能解决机器人运动中的复杂问题。机器人在实际运行中遇到复杂问题时，数据模型就出现工作不正常现象，还有一些难以预见的问题，更是机器人控制基础技术难以解决的。第三，机器人基础控制技术系统不够完善。由于机器人基础控制技术都是建立在数字模型基础上的，该数字模型只是简单的力矩控制系统，根本不能完成复杂的指令，因此，机器人为了提高系统的性能，就需要增加设备来实现，这对基础控制系统来说难度很大。第四，机器人基础控制技术不能解决不确定对象的有关问题。机器人运行中会遇见很多不确定因素，由于这些不确定因素没有建立数字模型，因此，这些问题就难以靠基础控制技术来解决。所以说，机器人性能要想得到提高，光靠基础控制技术是难以实现的，