双足步行机器人步态规划与控制系统研究

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1、*女々：——gg一‰}————工学硕士学位论文双足步行机器人步态规划与控制系统研究硕j研究‘L指导教师学位级别何锋盂庆蠹教攫工学硕士学科、专业：机械电子工程所在单位：机电工程学院论文提交日期：2008年2月论文答辩日期2008年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学硕士学位论文摘要双足步行机器人为机械技术、控制技术、信息技术以及计算机技术等多学科交叉运用所得成果里的一个典型，它高度集成了相应学科内优势，使各学科有机地融合为一体。在过去半个多世纪里，双足步行机器人的产生和发展对所组成的领域起着积极地推动作用，它的应用增强了人们在服务、医疗及军事等领域里的作为；这些

2、都是人们如此热衷于双足步行机器入研究的重要原因之一。而其中作为核心的控制系统因其控制对象的非线性、强耦合，信息处理任务的繁重性和处理速度的实时性要求并存等特点，使研究人员对其兴趣不减。本文对双足步行机器人控制系统作如下尝试：首先从课题已完成的人形物理样机本体结构出发，建立相应运动模型，并阐述该双足机器人在前向和侧向平面内的运动特点；在此基础上，利用ZMP判据分析机器人在二维、三维平面内的稳定性，并得出相应ZMP的计算公式和测量方法；接着讨论机器人在前向平面内的步行周期和设计合理步态的依据，并规划了稳定姿态下对应的关键步态，阐述了用三次样条的插值方式来拟合出完整步态的合理

3、性。其次建立了基于TurboPMAC的机器人控制系统，分别从通讯模块、检测模块、伺服控制模块等方面分析该控制系统的硬件性能和相应的软件实现方法，阐述基于TurboPMAC的控制系统在双足步行机器人控制中的可行性和优越性。最后运用该系统进行步态实验，实验结果证明该控制系统能有效快速地生成所规划的理论稳定运动步态，使各关节的位置控制精度达到较高水平，同时整个控制系统性能也完全达到既定目标。关键词：双足步行机器人；步态规划；控制系统；TurboPMAC哈尔滨工程大学硕士学位论文AbstractBipedrobot，atypicalexampleofinterdisciplin

4、aryachievements，integratestheadvantagesofmechardsm，control，informationtechnologyandcomputerandmergesallthesedisciplinesorganically．Inthepastfivedecades，theoriginandevolutionofBipedrobothasactivelypushedforwardthedevelopmentofitsrelatedareasanditsapplicationsstrengthentheaccomplishmentsof

5、services，medicalandmilitaryandSOon，whichs豇-vesasoneofthereasonswhyresearchesaresokeenonthisrealm．AsakeyaspectofresearchonBipedrobot，thecontrolsystemfascinatespeopleforthenonlinear,hi曲lycoupling,heavydigitalprocessingandreal-timerequirementofitscontrolobject．Theresearchoncontrolsysteminth

6、ispaperincludesthefollowingaspects：FirSt，motionmodelisestablishedandusedtoelaboratethemovementcharacteristicsinsagittalandlateralplaneaccordingtoaparticularmechanismofrobot．Basiconthis，thestabilityofrobotintwoortheredimensionsisanalyzedthroughZMPprinciplesandthecalculationformulaandmeasu

7、ringmethodsofcorrespondingZMParealsoconcluded．Andthen，thewalkingcircleinsagittalplaneandthebasisfordesignofreasonablegaitsarediscussedandthekeygaitsinthestablegestureageplanned。Also，thispaperexpoundsthepossibilityofgeneratingsmoothwalkingtrajectorywitllcubicinterpolation．