仿人機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和步態(tài)規(guī)劃算法的研究及實(shí)現(xiàn).pdf

1、仿人機(jī)器人是一個(gè)復(fù)雜的多剛體雙足行走系統(tǒng)，并具有多輸入多輸出、強(qiáng)耦合、非線性等特點(diǎn)。這不僅對(duì)其運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的性能提出了很高的要求，同時(shí)對(duì)實(shí)現(xiàn)其行走控制的步態(tài)規(guī)劃算法的性能也提出了較高要求。本文分析了目前仿人機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，按照小型化、輕型化、模塊化、開(kāi)放性和低成本的設(shè)計(jì)要求，提出了一種分布式仿人機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)采用分層控制的方式，主要包括主控臺(tái)、實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和底層基于DSP的多關(guān)節(jié)控制器三層。主控臺(tái)

2、通過(guò)無(wú)線以太網(wǎng)與實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通訊，實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過(guò)CAN總線與底層基于DSP的多關(guān)節(jié)控制器進(jìn)行通訊。通過(guò)將設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用于上海交通大學(xué)智能機(jī)器人研究中心自行開(kāi)發(fā)的小型仿人機(jī)器人MIH-I上進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證了該運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)具有優(yōu)異的控制性能，同時(shí)系統(tǒng)還具有體積小、模塊化、開(kāi)放性好、低成本，并且能夠支持網(wǎng)絡(luò)功能等眾多優(yōu)點(diǎn)。為了防止仿人機(jī)器人不同身體姿態(tài)和各關(guān)節(jié)初始位置對(duì)運(yùn)動(dòng)控制影響，本文在深入研究了當(dāng)前仿人機(jī)器人初始位置復(fù)位系

3、統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)后，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一種用于仿人機(jī)器人的初始位置精確復(fù)位系統(tǒng)。通過(guò)在MIH-I上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證該系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定、快速和準(zhǔn)確的初始位置復(fù)位，而且還可以檢測(cè)出現(xiàn)松動(dòng)的關(guān)節(jié)，并消除關(guān)節(jié)空程和零位漂移對(duì)初始位置復(fù)位的影響。本文隨后研究了仿人機(jī)器人步態(tài)規(guī)劃算法。建立了MIH-I正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，然后利用Matlab實(shí)現(xiàn)了基于ZMP的仿人機(jī)器人步態(tài)規(guī)劃算法。提出了先利用Adams進(jìn)行步態(tài)算法仿真，再進(jìn)行步態(tài)算法物理樣機(jī)實(shí)驗(yàn)的方案，很大程度