仿人步行机器人控制系统设计

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论文主要对机器人的控制算法及控制系统的软件实现进行了研究.首先,分析了新型机器人的机构设计和采用的相应的控制系统结构.为控制机器人下肢12个关节在行走时协调运动,决定控制器选用多轴运动控制卡,并介绍和总结了它的使用方法和编程思想;其次,为了实时调整机器人步态,在多轴运动控制卡上安装了双口可读写寄存器来存放实际行走数据供主机读取,文中说明了如何利用所给的通信驱动函数库实现主机、控制卡以及寄存器之间的通信.再次,为新型机器人各关节建立了关节坐标系,确定关节变量,并推导出了它的运动学和动力学模型;接着,针对机器人模型多连杆,强耦合,非线性的特点以及地面反力对机器人行走稳定性的影响,着重研究了如何使用分级递解控制、地面反力的柔顺控制及踝关节的力矩控制三种方法控制机器人运动.随后,将控制系统软件实现的总任务规划成两部分,包括步态数据读入PMAC程序和机器人运动程序编程,前者实现了将大量的数据从主机转移到PMAC里,后者实现了从主机给出控制命令控制机器人作起步、行走、转身和停步的运动.最后,对关节采用了PID控制算法,将所编写的程序在HIT-Ⅲ型机器人上进行了调试,给出了PID参数的选择规律和四个踝关节的实际的运动曲线.
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