宇树科技的人形机器人是怎么开发出来的呢,一篇干货带你入门!

人形机器人研发涉及多学科交叉,以下是关键实现步骤:

一、机械系统设计

  1. 仿生结构设计
  • 采用串联式关节结构(自由度分配示例):
    DOF=∑i=1n(关节类型系数) DOF = \sum_{i=1}^{n}(关节类型系数) DOF=i=1n(关节类型系数)
  • 典型配置:头部2DOF,上肢7DOF/侧,下肢6DOF/侧
  1. 驱动系统选型
# 舵机控制示例(基于PWM信号)
import RPi.GPIO as GPIO
import time

GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
GPIO.setup(11, GPIO.OUT)

servo = GPIO.PWM(11, 50)  # 50Hz频率
servo.start(0)

def set_angle(angle):
    duty = angle / 18 + 2
    servo.ChangeDutyCycle(duty)
    time.sleep(0.3)
    servo.ChangeDutyCycle(0)

二、感知系统集成

  1. 多模态传感器配置
  • 惯性测量单元(IMU):
    { ω=dθdta=d2xdt2 \begin{cases} \omega = \frac{d\theta}{dt} \\ a = \frac{d^2x}{dt^2} \end{cases} { ω=dtdθa=dt2d2x
  1. 环境感知算法
// 超声波测距示例
const int trigPin = 9;
const int echoPin = 10;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(trigPin, OUTPUT);
  pinMode(echoPin, INPUT);
}

void loop() {
  digitalWrite(trigPin, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(trigPin, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(trigPin, LOW);
  
  long duration = pulseIn(echoPin, HIGH);
  float distance = duration * 0.034 / 2;
  Serial.print("Distance: ");
  Serial.println(distance);
  delay(500);
}

三、控制系统开发

  1. 运动学建模
  • 正运动学:
    KaTeX parse error: Double superscript at position 30: …prod_{i=1}^{n} ^̲{i}T_{i-1}
  1. 平衡控制算法
  • ZMP稳定性判据:
    xzmp=∑mi(xi(g+z¨i)−zix¨i)∑mi(g+z¨i) x_{zmp} = \frac{\sum m_i(x_i(g+\ddot{z}_i) - z_i\ddot{x}_i)}{\sum m_i(g+\ddot{z}_i)} xzmp=
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