双足步行方法与控制系统研究

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1、哈尔滨工程大学硕士学位论文摘要双是多行壤器天磅襄终茺楚刳羧零蔗瑟控利理论领域孛一瑷黪器具有挑战性的研究工作，具有慧黉的科研价德，不仅可戳推动机械电子、人工智麓等多学科的发展，促进新控制理论和控制方法的产嫩，还具有在肇事、娱乐、医疗等事业上的广阔的废用前景。本文对新设计的多自由度双足步行机器人下菝雩霉兔酝突露象，系统逡分提了双怒步行橇器入逡动薅毪，莠瓣其运动控制系统进行了研究。本文酋先确定了以一种十字万向联轴节做为脚踝和髋关节双自由度的实现方式，关节均采用了壹流伺服电机如滚珠丝枉齿轮传动减速枧构的杠杼形式的驱韵方式。在分耩诞羁’了蹂、熊关节在蒡联鞭动下运动鑫密度霹实魂后，针对下

2、肢体的机械参数，建立了动力学模型，潜重研究了熟前向动力学方程，并通过证明简化了该方程。进丽通过对人体特征和拟人行邂步态研究，结合本体秘槐特点，进行了掇人运动步态趣划，遥j建立方捶蛰诗舞静方法建立了各关节鲍鞔迹整线方程，并遥遥凇TLAB对该辘迹方程进行了步态描述，然后，对该步态轨迹进行了前向ZMP稳定边界分析。设计了机器人硬件控制系统，根据所规划的步恣模式，提取出针对不同步行周期里各必节轨迹实验参鼗，嚣发了蛰黠该关嗲运动孰述戆速度建置翅嚣撩剿算法。最器建立了步态运动实验控制系统，进行了摆魂和炎撵轨迹控制蜜验。实验结果验证了拟人步态轨迹对锫关节的运动W实现性；检验了所设计样机的机

3、械特性和控制器特性；验证了采用实时速度位置双闭环控制盼方法麓瀵是臻怒莎态辘邃嚣鼗踩控载，莠爨莠良好戆动淼特瞧。关键词：双足步行机器人；动力学模型；步态规划；控制系统哙尔演工程大学硕士学健论文AbstractBipedrobotresearchwhichiSachallengeableprojectintheareaofconl，oltheoriesandtechnologies，hasailimportantvalueonscientificstudy．Ittakesonmuchapplicationprospectontheenterprisesofmilitary,ent

4、ertainment，medicaltreatmentandSOon。Thedissertationsystematicallystudiesthecharacteristicsofanewdesignedbipedrobotmotionandresearchesonitsmotioncontrolsystem．Firstly,acrossgimbalstructureisusedintheankleandhipjiontdesignwhichhastwoDOFonorthogonalorientationandDCseI'vomotorisappliedforthejoin

5、tdrivingbyareductionconsistedofballscrewandplanetarygear．Bysimulation，themotionofthiskindofdriveformisprovedtoberealizable．Thenasagittaldynamicmodelofplannedbipedrobotisestablishedbasedontheactualstructureparameterandasimplifieddynamicequationisfounded。Afterthat，ahumanwalkingpa撬ernisan蠢yzed

6、andresearchedindetailandthemechanicalprototypeisknownashumanoidspecialforthelegs．therebyahumanoidstablewalkingpaRemduringonewalkingcycleisplannedforthebipedrobotbasedoncubicpolynomialalgorithm．Meanwhilethehip，kneeandanklewalingtrajectoriesof、thesagituamotionareformulatedrespectively,andared

7、emonstratedunderMattab．AccordingtotheplannedGait，theZMPtrajectoryiscalculatedandthestabilityisproved．AndthenthecontrolsystemisdesignedbothinhaI畦wareandsoftware．Theexperimentalparameterisdistilledaccordingtotheplannedwalkingtrajectories，andabasiccontrolar