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

1、類人機器人是當(dāng)今科技研究的熱點之一，是多門基礎(chǔ)學(xué)科、多種技術(shù)的集成。目前由于類人機器人的關(guān)節(jié)越來越多，控制電路更加復(fù)雜，所以需要優(yōu)化其控制結(jié)構(gòu)、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(jìn)行研究工作。
　　 主要的研究內(nèi)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(guān)節(jié)相關(guān)自由度以及機構(gòu)參數(shù)進(jìn)行分析，確定其關(guān)節(jié)驅(qū)動模塊，經(jīng)過對各種驅(qū)動方式比較，最終選取數(shù)字舵機對關(guān)節(jié)進(jìn)行驅(qū)動。
　　 （2）設(shè)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(nèi)部傳感器模塊和外部傳感器模塊。內(nèi)部傳感器模塊主要是用來采集各個關(guān)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(dǎo)航功能。
　　 （3

3、）設(shè)計底層關(guān)節(jié)控制器模塊的硬件，采用改進(jìn)增量型PID控制的算法對舵機進(jìn)行控制，并使用MATLAB軟件對控制算法進(jìn)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(jìn)行研究，一方面是依據(jù)機器人的機體結(jié)構(gòu)，算出機器人在靜態(tài)行走過程中關(guān)鍵關(guān)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(guān)鍵關(guān)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(guān)節(jié)舵機的控制方面出發(fā)，引入三次樣