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山东省高校第四届机器人大赛暨国际水下机器人邀请赛 技 术 报 告
学 校：青岛理工大学
第五章 步态规划 步态是在步行运动过程中，机器人的各个关节在时序和空间上的一种协调关系，通由各关节运动的一组时间轨迹来描述。步态规划的目标是产生期望步态，即产生在某个步行周期中的实现某种步念的各关节运动轨迹(期望运动轨迹)。步态规划是机器人稳定步行的基础，也是双足步行机器人研究中的一项关键技术。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。完整的步态规划包括两方面的内容：姿态的规划和ZMP(Zero Moment Po洫，零力矩点)轨迹的规划，二者相互影响，关系密切。所谓姿态的规划，是指机器人行走过程中其各组成部分运动轨迹的规划，比如说，脚掌何时离开地面、摆动相中整个脚掌在空中的轨迹、何时落地等。姿态的规划相对比较简单，常用的方法是先规划出髋关节与踝关节的轨迹，然后计算出其它组成部分的轨迹。
当前步态规划的方式主要有基于仿生学原理和基于力学稳定性这两种。基于仿生学原理的双足步态研究主要是通过测量和分析人的步行运动，研究双足步行的基本原理,将得到的一些基本步态特征运用到双足机器人步态规划和控制中。基本过程是让人模仿机器人的自由度行走(如果机器人有几个自由度，那么人在模仿行走的时候也尽量只动相应的自由度)，同时对此人的行走过程进行正面和侧面的录像，然后对这些录像进行分析，得到此人在步行过程各个主要关节的角度变化与时间的函数，然后根据力学相似原把这些函数相似地推广到机器人的关节变化上。基于力学稳定性的步态轨迹规划方法又分为基于模型和非模型两种步态规划和控制策略。基于模型的双足控制借鉴已知的物理模型特性对双足机器人模型进行简化，建立了倒立摆模型、被动步态模型、质量弹簧模型等实用控制模型。基于非模型的控制策略从机器人步行运动的约束入手，一般从双足机器人的稳定和能量两方面对双足步态运动加以规划和控制IlJ。 步态规划步骤如图4所示 图4 步态调试的的具体步骤 第六章 总结6.1不足以及改进 （1）机器人的步态优化不是很好，在行进过程中会有大脚板的轻微滑动现象的发生。通过调节机器人重心的位置,使大脚板有更好的抓地力,同时还可以在机器人的脚底部增大黏力,使机器人脚底板有更大的摩擦力. （2）机器人在行进过程中左右摇摆有点大,具体通过适当的改小步态,稍微加快频率来使机器人趋于小幅度的摇摆状态. （3）在进行机器人的复位过程中会出现突然跳动的情况，从而会导致机器人的步态不是很稳定的现象发生。面对这些情况我们可以在程序中通过改变机器人步态的逻辑结构来实现机器人的稳步前进，微调，转弯和停止。 （4）机器人在行进过程中可能会发生情况误判的情形，在这种情况下需要在程序中加相应的程序段来判断是否发生了误判从而增强机器人系统的鲁棒性。 6.2 参赛心得 这次比赛我们不仅代表了个人，还代表了学校，我们为学校争得了荣誉。这场竞赛虽然取得了一定的成绩，但同时也暴露出一些问题，针对这些问题，现对本次竞赛的情况作如下总结，以便为下一届参加竞赛的学弟学妹们做个参考。 1、心理素质是影响竞赛的关键因素。比赛不仅比技术，也比心理素质。技术再高的人如果欠缺一定的心理素质，将会直接影响到自身的发挥。那究竟怎样克服心理障碍这点呢？第一，拿到题目后不要紧张，俗话说万变不离其宗，不管是自己见过的还是没见过的，首先要把考题和以前遇到的类似题型相比较，然后分析它们的相同点和不同点，从而找出正确的解题思路。第二，做题时切记不能三心二意，做题时一定要专心，不要一题做一下另外一题又做一下，最后反而都没做好。第三，在平时的训练中要把每一次练习当成比赛，这样才能在平时的训练中提高自己的心理素质。 2、团队精神至关重要。在平时的训练中，大家都会遇到不同的问题，遇到问题时要互相讨论，相互指出各自的不足，相互交流，相互考核，团结作战，共同成长，有了这样的团结精神，才能在比赛中“厚积薄发”。 3、要有速度、要细心。每个参赛选手的技能水平都不相上下，比赛比的就是操作的速度快不快，在操作的过程中细不细心。竞赛中失误大部分都是不细心所导致的。拿单片机的编程来说，程序的完整性是很重要的，拿到题目时要仔细读懂题意，弄清题目所要实现的功能，这就要求在编程时不仅速度要快，而且不能犯语法错误，一步一步的编，但不能盲目地追求速度，这样才能保证编程既有速度又有质量。 4、要学会自学。我们都是接受过高等教育的人，自学能力是我们要具备的基本素质，遇到难题和不懂的问题一定要自己去查资料，不要因为没有学过而灰心而失去信心，每个学生在课堂上学的东西总是有限的，很多知识是要靠自己去学习和积累。这次比赛我收获最大的就是提高了我的自学能力。 5、平时的练习要脚踏实地，既不能图快，更不能懒散。遇到问题要勤思考勤动手，把问题的原因、现象以及解决方案用纸记录下来，这样不至于以后犯同样的错误。我相信只要这样坚持下去，自己的技能必定会有所进步。 本次竞赛是一次理论与实践相结合的竞赛，充分体现了对现代自动控制型人才的要求，给了我们一个自我提高和学习的好机会，为我们提供了一个展示自己的大舞台。我们非常感谢为我们指导的老师们，非常感谢学校各级领导对我们的鼓励与支持，更要感谢那些在层层选拔中落选的同学们，我们在今后的学习中将更加努力，苦练技术，用我们的辛勤劳动来回报学校，回报社会。
参考文献[1] STM32自学笔记.北京:北京航空航天大学出版社，2007. [2] 阎石, 数字电子技术基础.北京：高等教育出版社, 1998. [3] 王威等,HCS12 微控制器原理及应用.北京：北京航空航天大学出版 社,2007.10. [4] 战舰STM32库函数开发实战指南 [5] 童诗白，模拟电子技术基础.北京：高等教育出版社 [6] 胡寿松，自动控制原理
附录 附录A 部分程序源码 int main(void) { SystemInit(); LED_Init(); Infra_GPIO_Config(); TIM2_PWM_Init(20000-1,84-1); TIM4_PWM_Init(20000-1,84-1); GPIO_Configuration(); USART1_Configuration(); I2C_GPIO_Config();
Init_HMC5883L(); Init_ADXL345(); Init_BMP085(); Init_L3G4200D(); stand(); delay_ms(3000); prepare(); position_0(); position_1(); while(1) { // right_move(); // normal_walk(); //// left_move(); // position_0(); // position_1(); // position_2(); // position_3(); // turn_position0(); // turn_position1(); // turn_position2(); // turn_position3(); walk_while(); // } }
附录 附录B 电路板设计原理图图5 主控板电路图
(2)JTAG接口 图6 JTAG接口图 (3).电源接口 图7 电源供电图
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双足竞步机器人-智能步行者-技术报告.doc
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