面向直立抗扰的机器人踝关节反射控制研究

发布时间：2023-03-07 11:12

　　双足机器人的踝关节,不仅应该具有与人体踝关节相似的外形、力矩,还应该具有类似人的缓冲功能和直立抗扰能力。本文对双足机器人踝关节的结构和控制算法进行了设计。双足机器人踝关节结构中加入了串联弹性作动器(Series Elastic Actuator,SEA),基于人体踝关节的直立抗干扰机制设计了控制算法。研究内容如下:(1)根据人体足部、踝关节和小腿的尺寸和重量,设计与人体足部、踝关节和小腿外形相近、重量相似的双足机器人踝关节机械结构。在双足机器人踝关节结构中加入SEA,使其具有缓冲功能,方便实现力矩控制和位置控制。(2)在结构设计的基础上,设计了踝关节控制系统的硬件和软件平台。硬件平台使用光电编码器采集踝关节和电机的旋转角度信息,以STM32作为主控板驱动电机。软件平台进行逻辑处理,包括下位机和上位机两部分,两者间通过WiFi通信。(3)完成人体直立抗扰实验,分析人的直立抗扰原理。根据人体直立抗扰原理,结合双足机器人踝关节的结构和控制系统设计,提出了仿肌肉反射控制算法。该算法为两层闭环控制,外层是仿肌肉反射控制,内层是基于SEA的力矩控制。仿肌肉反射控制算法运行在下位机软件平台上。通过对...

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 双足机器人踝关节结构研究现状
    1.3 人体直立抗扰研究现状
    1.4 踝关节反射控制研究现状
    1.5 本文研究内容及章节安排
第2章 基于SEA的踝关节设计
    2.1 SEA工作原理
    2.2 踝关节SEA设计
    2.3 踝关节结构设计
    2.4 绳驱传动系统设计
    2.5 本章小结
第3章 踝关节控制系统设计
    3.1 基于STM32的直流电机控制
    3.2 控制系统软件平台设计
    3.3 本章小结
第4章 人体踝关节的直立抗扰分析与控制算法设计
    4.1 人体踝关节直立抗扰原理分析
    4.2 反射控制算法设计
    4.3 本章小结
第5章 实验及结果分析
    5.1 踝关节定刚度旋转实验
    5.2 踝关节直立抗干扰实验
    5.3 实验结果讨论
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 工作展望
致谢
参考文献
作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文



本文编号：3757484