双足机器人的系统平衡控制设计论文

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1、实用标准文案目录摘要…ⅠAbstract…Ⅱ1绪论31.1课题的研究背景和意义31.2双足机器人的国内外研究状况41.2.1国外研究状况41.2.2国内研究状况71.2.3欠驱动双足机器人91.3欠驱动双足机器人控制存在的问题111.4本文的研究工作111.5论文的构成122双足机器人直立平衡控制的模型研究132.1.双足机器人的欠驱动姿态132.1.1模型简化的提出132.1.2双足机器人欠驱动姿态分析132.2物理模型152.3数学模型162.4Matlab仿真模型182.5小结183双足机器人系统的能控能观性分析193.1平衡稳定控制目标分析19

2、3.2能控制性与能观测性分析193.3小结204平衡控制策略214.1LQR控制器简介214.2线性二次型调节器（LQR）基本原理214.3平衡控制的仿真实现224.4小结23精彩文档实用标准文案目录摘要…ⅠAbstract…Ⅱ1绪论31.1课题的研究背景和意义31.2双足机器人的国内外研究状况41.2.1国外研究状况41.2.2国内研究状况71.2.3欠驱动双足机器人91.3欠驱动双足机器人控制存在的问题111.4本文的研究工作111.5论文的构成122双足机器人直立平衡控制的模型研究132.1.双足机器人的欠驱动姿态132.1.1模型简化的提出13

3、2.1.2双足机器人欠驱动姿态分析132.2物理模型152.3数学模型162.4Matlab仿真模型182.5小结183双足机器人系统的能控能观性分析193.1平衡稳定控制目标分析193.2能控制性与能观测性分析193.3小结204平衡控制策略214.1LQR控制器简介214.2线性二次型调节器（LQR）基本原理214.3平衡控制的仿真实现224.4小结23精彩文档实用标准文案5仿真实验245.1控制器仿真模型245.2仿真的结果曲线255.3小结276结论与展望28致谢28参考文献29附录32附录Ⅰ（数学模型推导）:32附录Ⅱ（仿真模型）:35附录Ⅲ

4、（Matlab程序语言）:36精彩文档实用标准文案1绪论1.1课题的研究背景和意义随着机器人技术的发展和控制理论的逐步成熟，对双足机器人的稳定性问题、双足机器人步行移动及各种仿人动作的研究正受到国际学者们越来越多的普遍关注。基于控制理论、动力学原理及仿生学原理，人们通过对动物和人类的运动行为、控制技巧的研究，提出和发展了一系列复杂运动控制模态及相关算法。近年来，研究集中在机器人的平衡控制、各种动作，例如直立平衡、步行移动和跳跃等。我们知道，人在保持直立平衡或者是在行走时都需要依靠各个关节来维持身体的姿态及其运动。一般而言，当人们处于站立状态时，全脚掌着

5、地，向前后移动时分别用脚尖与脚跟先着地。同样对机器人，根据机器人脚与地面的接触方式与用力的不同，可分为脚掌触地相、脚跟触地相、脚尖触地相。当系统处于脚掌全触地相时，符合ZMP姿态稳定判据要求；当处于脚跟触地相和脚尖触地相出现了欠驱动翻转情形时，ZMP位于支撑域凸多边形的边界上，ZMP姿态稳定判据便不再适用。脚跟触地相姿态稳定类似于脚尖触地相，本文对脚尖触地相欠驱动姿态进行研究。双足机器人的研究主要分为全脚掌着地与一个点着地的情形。其中全脚掌着地时用ZMP控制[1]，一个点着地时相当于人站立时脚尖着地或者脚跟着地的情形，这时踝关节便没有提供驱动力，相当于

6、前驱动—驱动量个数少于自由度个数。与其它移动机器人(轮式、履带式、爬行式等)相比，双足机器人具有高度的适应性与灵活性。由于双足机器人与地面接触点是离散的，因此可以选择合适的落脚点来适应崎岖的路面，它既可以在平地行走，也可以在复杂的非结构化环境中行走，比如：通过狭窄空间、跨越复杂障碍、在台阶、斜坡和其他不平整地面上行动自如等。更重要的是，人们模仿自身行走方式设计的双足机器人，最适合在人类生活和工作的环境中与人类协同工作，绝不需要专门为其对环境进行大规模的改造。因此，人们对双足机器人寄予了很大的期望：照顾老弱病人的护理人、与人类开展足球比赛的运动员，以及在

7、核电站、深海等危险环境中作业，甚至是与人类一起探索外星的伙伴。最后，也可以通过对双足机器人的研究平台来检验控制理论及控制仿发的有效性、实用性、完整性、延伸性，即对控制理论有着检验和向前走得更远的指示作用。精彩文档实用标准文案由于对双足机器人的研究具有十分重大的理论意义和实际价值，世界各国都给予高度重视，先后推出了各自的研究计划。其中，日本在该领域的研究投入力度最大，美、法、德、韩等国也相继启动了各自的研究计划。在国家高技术研究发展计划(863计划)和国家自然科学基金的支持下，我国众多高校和研究机构也将双足机器人的研究和开发列入研究重点。1.2双足机器人

8、的国内外研究状况近年来，世界各国的科学家和研究者在双足机器人的稳定性能、步行移动控制、样机研制