基于DSP的仿人机器人步态控制系统的设计与研究

发布时间：2017-04-26 14:20

  本文关键词：基于DSP的仿人机器人步态控制系统的设计与研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：仿人机器人集中了机械、电子、计算机、人工智能及传感器等多门学科的最新研究成果。相较于轮式、履带式和爬行机器人,仿人机器人类人的设计更有利于在人类生活和工作环境中协助人类,甚至代替人类从事一些危险的工作,因此得到了广泛的研究。然而,仿人机器人不仅是具有高阶、非线性、强耦合的复杂动力系统,而且随着科学技术的日益成熟,仿人机器人被人们寄托了越来越多的厚望,例如:要求仿人机器人拥有更多的运动关节以提高其灵活性、更快更稳的的步行能力、更丰富的传感器配置需求、以及更强的环境适应能力等。本文针对仿人机器人步行稳定性弱、步态规划及逆运动学求解复杂、运动关节和传感器配置多的特点,提出了一种通过在笛卡尔坐标系中建立仿人机器人的三维线性倒立摆模型的方法,规划了机器人的姿态及质心运动,简化了逆运动学求解过程,通过仿真试验验证后,在实际机器人上实现。本文首先在笛卡尔坐标系中建立实际仿人机器人双足的倒立摆模型和D-H模型,其中,倒立摆模型用于规划机器人步态,D-H模型用于进行逆运算求解;其次,建立机器人每个关节的运动方程,从而得到各关节的运动轨迹,然后利用空间几何关系求解了机器人逆运动学的问题,并给出了该方法的具体步骤。再次,在matlab环境下建立机器人的仿真模型,仿真结果表明,该方法实现了机器人的稳定行走并简化了其逆运动学求解。接下来对步态算法做了仿真实验,仿真实验表明,机器人步态规划和逆运动学求解方法的可行性和有效性。其次,利用仿真实验数据对仿人机器人控制系统做了验证实验。最后,通过悬挂步态调整实验对机器人的基本姿态进行了标定,使机器人按照准确的规划步态运动,然后分别在平地和不平整地面验证机器人步行运动的稳定性,进行了机器人的运动方向控制实验。
【关键词】：仿人机器人 步态规划 仿真 多传感器 运动控制
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 课题研究的背景与意义10-11
• 1.2 仿人机器人的研究历史及现状11-15
• 1.2.1 日本的研究概况11-12
• 1.2.2 日本以外其他国家的研究概况12-14
• 1.2.3 国内的研究概况14-15
• 1.3 步态规划和稳定性判据15-20
• 1.3.1 步态规划15-17
• 1.3.2 稳定性判据17-20
• 1.4 本论文的主要工作20-21
• 第二章 仿人机器人的建模与稳定性分析21-33
• 2.1 引言21
• 2.2 仿人机器人的结构21-28
• 2.2.1 机械结构21-22
• 2.2.2 舵机22-24
• 2.2.3 传感器24-28
• 2.3 建立仿人机器人的模型28-30
• 2.3.1 三维线性倒立摆模型28-29
• 2.3.2 D-H模型29-30
• 2.4 基于ZMP的仿人机器人的稳定性分析30-31
• 2.5 本章小结31-33
• 第三章 规划仿人机器人的步态并仿真33-41
• 3.1 引言33
• 3.2 规划仿人机器人的步态33-37
• 3.2.1 支撑腿的运动规划35-36
• 3.2.2 摆动腿的运动规划36
• 3.2.3 求解各关节角度36-37
• 3.3 仿真实验37-39
• 3.3.1 步态的三维仿真37-38
• 3.3.2 关节角度变化曲线的仿真38-39
• 3.4 本章小结39-41
• 第四章 设计仿人机器人的控制系统41-51
• 4.1 引言41
• 4.2 仿人机器人控制系统的总体设计41-42
• 4.3 仿人机器人控制系统的硬件设计42-47
• 4.3.1 主处理器的选型43-45
• 4.3.2 运动控制电路的设计45-47
• 4.4 仿人机器人控制系统的软件设计47-49
• 4.4.1 需求分析47-48
• 4.4.2 软件总体设计48-49
• 4.4.3 数据采集程序设计49
• 4.5 本章小结49-51
• 第五章 仿人机器人的运动控制实验51-58
• 5.1 引言51
• 5.2 悬挂步态调试实验51-53
• 5.3 步态稳定性实验53-57
• 5.3.1 平地步行实验53-55
• 5.3.2 不平整地面步行实验55-57
• 5.4 运动方向的控制实验57
• 5.5 本章小结57-58
• 第六章 总结58-59
• 参考文献59-63
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果63-64
• 致谢64

【参考文献】

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本文编号：328623