底層關節(jié)控制器的設計以及步態(tài)穩(wěn)定性研究.pdf

1、類人機器人是當今科技研究的熱點之一，是多門基礎學科、多種技術的集成。目前由于類人機器人的關節(jié)越來越多，控制電路更加復雜，所以需要優(yōu)化其控制結構、減小硬件電路的體積與功耗。隨著科技的發(fā)展，對類人機器人的擬人性要求越來越高，從而對機器人的控制系統(tǒng)以及步態(tài)的穩(wěn)定性提出了更高的要求。本文針對類人機器人的控制系統(tǒng)以及步態(tài)穩(wěn)定性進行研究工作。
　　 主要的研究內容如下：
　　 （1）確定了本課題的研究對象為類人機器人STROLL，對

2、其各個組成部分的尺寸、各個關節(jié)相關自由度以及機構參數(shù)進行分析，確定其關節(jié)驅動模塊，經過對各種驅動方式比較，最終選取數(shù)字舵機對關節(jié)進行驅動。
　　 （2）設計類人機器人的感知系統(tǒng)，將類人機器人STROLL的感知系統(tǒng)分為兩部分，內部傳感器模塊和外部傳感器模塊。內部傳感器模塊主要是用來采集各個關節(jié)的速度和角度，為控制算法的實現(xiàn)提供實時信息；外部傳感器模塊則主要由于實現(xiàn)測距、壁障、巡線以及輔助自動充電模塊的導航功能。
　　 （3

3、）設計底層關節(jié)控制器模塊的硬件，采用改進增量型PID控制的算法對舵機進行控制，并使用MATLAB軟件對控制算法進行仿真與驗證。
　　 （4）從兩個方面對類人機器人的步態(tài)穩(wěn)定性進行研究，一方面是依據(jù)機器人的機體結構，算出機器人在靜態(tài)行走過程中關鍵關節(jié)的位置，速度以及加速度方程，使類人機器人在行走過程的起始點與終止點時刻，關鍵關節(jié)的速度與加速度都為零，從而有效的避免了剛性沖擊與柔性沖擊；另一方面是從關節(jié)舵機的控制方面出發(fā)，引入三次樣