小型人形機器人控制系統(tǒng)設計與步態(tài)補償算法研究.pdf

1、人形機器人技術(shù)的研究處于機器人方向的前沿，而小型化人形機器人更是當代科技研究的熱點之一。其中控制技術(shù)是人形機器人技術(shù)中的重要組成部分，決定了機器人性能的優(yōu)劣。小型化人形機器人采用微型伺服電機作為驅(qū)動源，控制技術(shù)仍采用集中式控制，離線規(guī)劃步態(tài)，這樣致使機器人對外界環(huán)境的適應性不高。所以本課題在實現(xiàn)機器人集中控制的基礎上，對分布式控制進行初步的探討。
　　本文首先對人形機器人的控制系統(tǒng)進行總體設計，對控制結(jié)構(gòu)和關節(jié)軌跡生成方式進行規(guī)劃

2、，采用分層遞階的控制結(jié)構(gòu)，離線規(guī)劃和ZMP誤差實時調(diào)整相結(jié)合的工作模式，實現(xiàn)機器人穩(wěn)定行走時步態(tài)調(diào)整的靈活性。對微型伺服電機的控制規(guī)律進行研究，實現(xiàn)多電機的分時控制和速度平滑控制。完成了ZMP誤差檢測模塊的設計，利用多路壓力傳感器來獲得ZMP的實際位置。
　　其次，由于機構(gòu)模型誤差和地面狀況的差異等原因，實際的ZMP位置和ZMP理想位置存在很大的差異，需要機器人的關節(jié)運動補償誤差。但人形機器人關節(jié)眾多，互相耦合，因此通過調(diào)節(jié)關節(jié)角

3、度來補償誤差是非常困難。本文經(jīng)推導得到各關節(jié)對ZMP位置軌跡的影響，選擇出對ZMP影響最大的關節(jié)作為關鍵關節(jié)，利用關鍵關節(jié)補償ZMP誤差。實驗表明，選擇出來的關鍵關節(jié)對ZMP誤差的補償比較有效。
　　再次，本文的另一個重點就是給小型化人形機器人行走提供一個控制系統(tǒng)的硬件平臺和軟件環(huán)境?？刂朴布譃檫M行步態(tài)規(guī)劃的組織層和控制電機的執(zhí)行層，實現(xiàn)遞階分布式控制。軟件部分主要完成組織層的ZMP實際位置檢測和關鍵關節(jié)補償算法，執(zhí)行層的多電機