仿人機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與穩(wěn)定性研究.pdf

1、仿人機(jī)器人匯集了機(jī)械、電子、通信、計(jì)算機(jī)等多學(xué)科的尖端技術(shù)，是最具代表性的先進(jìn)智能機(jī)器人，其技術(shù)是當(dāng)今機(jī)器人領(lǐng)域的研究前沿和熱點(diǎn)方向之一。穩(wěn)定快速步行是仿人機(jī)器人區(qū)別于其它機(jī)器人的主要標(biāo)志，也是其實(shí)現(xiàn)基本操作功能的基礎(chǔ)。本文主要進(jìn)行仿人機(jī)器人控制系統(tǒng)與步行穩(wěn)定性的研究。
　　 首先介紹了仿人機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)，并討論了自由度的分配和機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)；然后從實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性、可擴(kuò)展性等方面分析了控制系統(tǒng)的需求，提出了適合仿人機(jī)器人的分布式

2、控制結(jié)構(gòu)。整個(gè)系統(tǒng)分為三部分：主控層、通信層和執(zhí)行層；我們重點(diǎn)分析了底層運(yùn)動(dòng)控制器的要求與作用，提出了基于DSP芯片TMS320F2812和CPID模塊的設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了DSP的最小系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)，為后期添加各個(gè)功能模塊奠定了基礎(chǔ)。
　　 其次，我們從影響機(jī)器人動(dòng)態(tài)步行穩(wěn)定性的要素出發(fā)，提出了基于ZMP姿態(tài)判據(jù)的穩(wěn)定控制方法，討論了步行穩(wěn)定性的條件，推導(dǎo)了期望ZMP坐標(biāo)的計(jì)算公式；接著，利用安裝在腳部的六維力/力矩傳感器檢測地面

3、力、力矩信息，進(jìn)行穩(wěn)定性分析，推導(dǎo)了仿人機(jī)器人的實(shí)際ZMP坐標(biāo)計(jì)算公式，為機(jī)器人在線步態(tài)調(diào)整提供了依據(jù)。
　　 最后，根據(jù)仿人機(jī)器人步行穩(wěn)定性的分析，我們知道當(dāng)ZMP越靠近支撐域的中心，機(jī)器人的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性越好，當(dāng)ZMP與支撐域中心重合，機(jī)器人步行穩(wěn)定裕度最大，抗顛覆能力最強(qiáng)。因此，針對影響機(jī)器人ZMP位置最大的踝關(guān)節(jié)，我們結(jié)合模糊理論的智能控制方法，提出了二維模糊踝關(guān)節(jié)控制器，并采用MATLAB的模糊推理系統(tǒng)進(jìn)行仿真，驗(yàn)證了模糊