多足机器人单腿脚力柔顺控制研究

论文摘要

多足步行机器人具有较强的机动性和适应不平地面的能力,能完成多种机器人工作,已激发广大研究人员的研究兴趣,其研究具有重要的科学意义和实际应用价值。本文在对多足步行机器人研究现状和发展趋势进行分析的基础上,提出了一种开放式的柔顺机器人控制系统的设计方法,完成了柔顺控制系统总体设计方案,组建了机器人控制系统硬件平台以及分析了机器人运动学,并对机器人进行了调试和结果处理分析。本论文主要研究工作包括:首先研究比较了柔顺控制的基本理论,确定了力/位混合控制的理论方法,以及基于PC的开放式系统实现方法。此系统特点是模块化的设计和功能可扩展性,便于系统设计和改进;然后采用D-H方法建立机器人运动学模型,根据机器人实际关节的参数,运用变换方程求出运动学正解,同时采用代数法求出逆解。搭建系统硬件平台,并详细介绍了各模块的主要组成部分,其中重点是压力检测采集系统的组建实现力反馈。接着根据建立的硬件平台,运用面对对象的VC工具编辑友好的人机界面。最后运行调试系统,保存实验运行过程中接触力数据,运用MATLAB工具对实验结果处理分析,实验表明该系统具有良好的稳定性和较好的精度,为进一步研究奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 多足步行机器人国内外发展现状
• 1.3 课题来源
• 1.4 本课题主要研究工作
• 第二章 系统总体设计
• 2.1 系统柔顺控制方案
• 2.1.1 柔顺控制基本理论方法
• 2.1.2 基于PC的开放式控制系统的实现方案
• 2.2 柔顺控制系统硬件搭建
• 2.2.1 SCARA型机器人平台
• 2.2.2 机器人交流伺服系统
• 2.2.3 机器人电气控制箱
• 2.2.4 四轴脉冲型开环运动控制卡
• 2.2.5 电气控制端子板
• 2.2.6 压力检测采集系统
• 2.2.6.1 信号检测系统
• 2.2.6.2 信号处理系统
• 2.2.6.3 数据采集板卡
• 2.3 本章小结
• 第三章 运动学分析
• 3.1 刚体位姿矩阵描述
• 3.1.1 矩阵表示理论基础
• 3.1.2 刚体位姿向量矩阵
• 3.1.3 刚体变换表示
• 3.2 机器人正逆运动学方程
• 3.2.1 机器人正运动学方程的D-H表示法
• 3.2.2 机器人逆运动学分析表示
• 3.3 柔顺控制系统建模与仿真
• 3.4 本章小结
• 第四章 软件设计与实验仿真
• 4.1 WINDOWS下动态链接库的使用
• 4.2 板卡初始化
• 4.3 单腿运动控制
• 4.4 单腿脚力控制
• 4.5 实验结果分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本文主要工作
• 5.2 本文主要创新点
• 5.3 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文