双足步行机器人设计与控制

论文摘要

本文设计了一个小型双足步行机器人。首先针对机器人机构和自由度进行了分析,设定了机构与各杆件连接方式,分析了机构的运动空间,并利用TOWERPRO MG996和附加的简单机构,组合成小型双足步行机器人。算法方面,分析并推导向量算法、逆运动学、重心位置(COG)及零力矩点(ZMP)计算等数学方程式,并对机器人动力学方程进行了分析,得出了双足机器人非线性系统框图。在此基础上,分析并指出传统控制方法的缺陷,介绍了仿生学控制这一新方法,在CURSE控制器的基础上设计了反射神经网络控制器,在MATLAB和ADAMS联合仿真环境里进行了动态仿真,通过仿真结果和数据,得出了机器人半被动步行特征及节约能耗等特点,证明了该控制方案的优越性。最后使用ATmel公司的Mega128芯片设计控制板,结合机器人硬件,成功设计了一个稳定行走的小型双足步行机器。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1. 引言
• 1.1 前言
• 1.2 双足步行机器人研究背景与现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 本文研究内容
• 2. 双足步行机器人机构描述
• 2.1 机构设计简介
• 2.1.1 人体下肢机构分析
• 2.1.2 自由度分析
• 2.1.3 运动能力分析
• 2.2 机构组件说明
• 2.2.1 整体机构描述
• 2.2.2 实际完成图
• 3. 双足步行机器人数学模型
• 3.1 双足步行机器人模型
• 3.2 向量解析数学算法推导
• 3.3 逆运动学方程式
• 3.4 零力矩点方程式
• 3.5 双足步行机器人动态方程式
• 4. 神经反射控制器
• 4.1 传统控制策略
• 4.2 仿生学控制简介
• 4.3 系统描述
• 4.3.1 步行原理
• 4.3.2 反射控制器神经组织结构
• 4.4 双足步行机器人控制系统介绍
• 4.4.1 TOWERPRO MG996 介绍
• 4.4.2 控制板介绍
• 5. 算法之实现与仿真
• 5.1 MATLAB 和ADAMS 联合仿真
• 5.2 三维位置向量静态模拟
• 5.2.1 双脚直立时
• 5.2.2 右脚跨步时
• 5.2.3 左脚跨步时
• 5.3 三维位置向量动态仿真
• 5.3.1 双足步行机器人运动轨迹模拟
• 5.4 双足步行机器人重心轨迹与零力矩点轨迹
• 6. 结论与未来研究方向
• 参考文献
• 附录A 附录内容名称
• 作者简历
• 学位论文数据集