人形機(jī)器人設(shè)計(jì)及步行控制研究.pdf

1、人形機(jī)器人具有與人類(lèi)相似外觀、結(jié)構(gòu)和行為動(dòng)作，涉及機(jī)械設(shè)計(jì)、傳感技術(shù)、控制理論等學(xué)科，其應(yīng)用前景廣闊，已成為機(jī)器人研究領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向。RoboCup（機(jī)器人足球世界杯）是一個(gè)國(guó)際性的研究和教育組織，它通過(guò)提出一些標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題（如機(jī)器人足球，機(jī)器人救援等）來(lái)促進(jìn)人工智能和智能機(jī)器人的研究。
　　本文根據(jù)RoboCup KidSize組別的比賽規(guī)則，在機(jī)器人需求分析的基礎(chǔ)上，完成了軟硬件及機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)而對(duì)機(jī)器人的步行控制和穩(wěn)定

2、控制進(jìn)行了較為深入的研究。本文主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　對(duì)人形機(jī)器人進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)，包括傳感器和執(zhí)行器的選型以及分層模塊化的軟硬件設(shè)計(jì)。在軟件結(jié)構(gòu)上，從上至下分為決策模塊、動(dòng)作規(guī)劃模塊、穩(wěn)定控制模塊，著重搭建了動(dòng)作規(guī)劃模塊和穩(wěn)定控制模塊的軟件平臺(tái);硬件結(jié)構(gòu)上劃分為主控制板，運(yùn)動(dòng)控制板和分布式的傳感器數(shù)據(jù)采集板，并完成了運(yùn)動(dòng)控制板和壓力傳感器采集板的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。
　　完成了機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在機(jī)器人下肢運(yùn)動(dòng)學(xué)建模的基礎(chǔ)上

3、，對(duì)機(jī)器人下肢關(guān)節(jié)的正運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行了分析，推導(dǎo)出相應(yīng)表達(dá)式，為機(jī)器人的動(dòng)作設(shè)計(jì)建立了數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。
　　基于ZMP穩(wěn)定性理論和桌子-小車(chē)模型，對(duì)機(jī)器人步行進(jìn)行了步態(tài)生成，提出了一種五次曲線(xiàn)插補(bǔ)算法解決支撐腳切換瞬間的速度與加速度不連續(xù)的問(wèn)題，在Matlab仿真平臺(tái)下驗(yàn)證了此算法的合理性，并實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的多向步行。
　　研究了機(jī)器人的穩(wěn)定性控制，其中包括姿態(tài)穩(wěn)定控制和ZMP穩(wěn)定控制，并分別設(shè)計(jì)了PID控制器和狀態(tài)反饋控制器