【摘 要】
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类人机器人是智能机器人领域的研究热点,受到机器人学界的广泛关注。本课题针对Robo Cup类人足球机器人Kid Size项目,在东南大学SEU＿Uni Robot团队历年研究成果基础上,优化设计和实现完整的类人机器人运动控制系统,以提升机器人运动性能。本文研究内容主要包括:搭建机器人的软硬件系统,采用两层控制器的控制架构,完成舵机执行器、传感器的选型,使用MCU作为机器人下层控制器,完成定时任务和
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类人机器人是智能机器人领域的研究热点,受到机器人学界的广泛关注。本课题针对Robo Cup类人足球机器人Kid Size项目,在东南大学SEU＿Uni Robot团队历年研究成果基础上,优化设计和实现完整的类人机器人运动控制系统,以提升机器人运动性能。本文研究内容主要包括:搭建机器人的软硬件系统,采用两层控制器的控制架构,完成舵机执行器、传感器的选型,使用MCU作为机器人下层控制器,完成定时任务和指令转发任务。上层控制器软件采用多线程并发方式实现,生成机器人的动作控制数据帧,发送给下层控制器。设计机器人的下层运动控制板并构建机器人的通信系统,通信系统节点包括两个控制器、关节舵机执行器,以及姿态感应模块等传感器,机器人通信系统用于连接这些控制节点,完成稳定的数据传输。基于三维倒立摆模型以及机器人质量模型,设计类人足球机器人的全向步态,构建机器人腿部关节实际角度的实时反馈通道,基于机器人的双脚实际位置和实时质心位置实现步态的闭环控制,使机器人步态更加稳定。设计和实现机器人的动态踢球,基于贝塞尔公式规划机器人的踢球轨迹,根据机器人的姿态感应信息和实时质心位置控制机器人身体平衡,提出机器人踢球模型下的双腿关节逆运动学解算方法。动态踢球能控制踢球的方向角以及在线规划机器人的踢球轨迹,相比静态踢球,提升了踢球动作的灵活性和稳定性。设计机器人动作的仿真工具和调试器,最后分别在Webots仿真平台以及实物机器人上面进行实验测试。搭载了本文运动控制系统的2019 SEU＿Uni Robot实物机器人具备了机器人足球竞赛所需的运动能力,稳定行走速度达到0.15m/s左右的,动态踢球距离超过1.8m,在2019年的Robo Cup机器人竞赛中也取得了一定的成绩。
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