双足机器人运动控制系统的研究

发布时间：2017-10-18 00:42

  本文关键词：双足机器人运动控制系统的研究

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【摘要】：双足机器人研究一直都是机器人研究领域最活跃的研究热点,运动控制系统作为双足机器人研究的核心内容,它直接决定了机器人性能的优劣。根据目前双足机器人控制系统存在的问题,结合当前双足机器人控制系统的发展趋势,本文研究了双足机器人分布式控制系统,设计了以DSP为核心处理器的双足机器人运动控制系统,选用了相关传感器进行双足机器人自身姿态的感知,设计了相关的软件模块,开展了双足机器人行走控制实验、自身姿态信息采集实验以及脚掌反馈调节实验。本文设计的系统具有结构紧凑、成本低、开放性好等特点,并通过实验验证了该运动控制系统的有效性及可靠性。论文主要内容如下：1.对双足机器人控制所涉及到的一些控制技术进行了研究,对其模型进行了简化,对其正、逆运动学进行了求解,对其基于零力矩点(Zero Moment Point, ZMP)的稳定性判据及步态规划进行了研究,对其运动过程中脚掌与地面接触时可能出现的几种情况进行了研究分析,并提出了脚掌反馈调节策略。2.根据双足机器人的行走特点,对其分布式运动控制系统进行了设计,主要内容有：对双足机器人分布式控制系统进行了整体设计,对双足机器人运动控制系统的主控芯片进行了分析选型,对压力传感器及倾角传感器进行了选型应用。3.开发了双足机器人运动控制系统中的软件模块,主要包括电机驱动程序模块、CAN总线通信程序模块、双足机器人自身姿态信息采集程序模块、模拟SPI通信程序模块及脚掌反馈调节程序模块。4.开展了双足机器人行走控制实验、CAN总线通信实验、双足机器人相关姿态信息采集读取实验以及双足机器人脚掌反馈调节实验,通过实验验证了本文设计的双足机器人运动控制系统的有效性及可靠性。
【关键词】：双足机器人 运动控制系统 DSP 传感器 反馈调节
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-25
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 双足机器人研究概况12-21
• 1.2.1 国外双足机器人研究概况12-19
• 1.2.2 国内双足机器人研究概况19-21
• 1.3 双足机器人控制系统存在的问题及发展趋势21-22
• 1.4 论文的提出及章节安排22-24
• 1.5 本章小结24-25
• 2 双足机器人控制技术研究25-41
• 2.1 双足机器人控制技术25-27
• 2.2 双足机器人的步态控制27-39
• 2.2.1 双足机器人的连杆模型27-28
• 2.2.2 运动学求解28-33
• 2.2.3 步行稳定性判据33-34
• 2.2.4 步态规划34-39
• 2.3 双足机器人脚掌反馈调节策略39-40
• 2.4 本章小结40-41
• 3 双足机器人运动控制系统研制41-55
• 3.1 双足机器人运动控制系统总体设计41-44
• 3.1.1 控制系统要求41-42
• 3.1.2 控制系统结构设计42
• 3.1.3 控制系统协调层及运动控制层功能设计42-43
• 3.1.4 通讯方式选择43-44
• 3.2 电机的选型及其位置控制原理44-45
• 3.3 运动控制层主控芯片选型45-48
• 3.4 运动控制层关键元器件的选型及其应用48-54
• 3.4.1 脚底压力传感器的选型及应用48-50
• 3.4.2 倾角传感器的选型及应用50-53
• 3.4.3 外加ADC模块的选型应用53-54
• 3.5. 本章小结54-55
• 4 双足机器人运动控制系统的软件设计55-69
• 4.1 软件总体设计55-56
• 4.1.1 需求分析55
• 4.1.2 开发环境介绍55-56
• 4.2 控制系统的软件架构56-58
• 4.2.1 控制系统软件总体结构设计56-57
• 4.2.2 初始化程序模块57-58
• 4.3 功能模块设计58-67
• 4.3.1 双足机器人舵机驱动模块58-59
• 4.3.2 CAN总线通信模块59-61
• 4.3.3 倾角传感器信息采集读取模块61-64
• 4.3.4 脚底压力信息采集读取模块64-66
• 4.3.5 反馈调节模块66-67
• 4.4 本章小结67-69
• 5 双足机器人行走实验及脚掌反馈调节实验69-85
• 5.1 双足机器人行走控制实验69-73
• 5.1.1 双足机器人关节位置响应实验70-71
• 5.1.2 双足机器人行走实验71-73
• 5.2 CAN总线通讯实验73-74
• 5.3 双足机器人反馈调节平台设计74-78
• 5.3.1 传感器布局设计74-76
• 5.3.2 相关电路部分的设计安装76-78
• 5.4 双足机器人姿态数据采集读取实验78-81
• 5.4.1 双足机器人关节角度采集读取实验78-80
• 5.4.2 双足机器人脚底压力信息采集读取实验80-81
• 5.5 双足机器人脚掌反馈调节实验81-84
• 5.5.1 单脚反馈调节实验82-83
• 5.5.2 双脚对比实验83-84
• 5.6 本章小结84-85
• 6 总结与展望85-87
• 6.1 工作总结85-86
• 6.2 工作展望86-87
• 参考文献87-91
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果及参加的项目91

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4 毛勇;王家^，

本文编号：1051983