学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

人形机器人运动控制的研究

作　者: 唐策
导　师: 赵现朝
学　校: 上海交通大学
专　业: 机械工程
关键词: 人形机器人运动控制 LabVIEW 动力学步态规划
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 182次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

人形机器人的研究始于上世纪六十年代末,虽然只有四十年的历史,但是研究工作发展迅速。人形机器人是少有的高阶、非线性、多自由度、不稳定系统,是控制理论研究与实践的理想平台。人形机器人运动控制研究吸引了众多国内外学者,已经成为了机器人领域的一个重要发展方向。本文主要研究人形机器人的运动控制。在算法研究方面,搭建了机器人仿真平台,进行了动力学、运动学分析与控制算法研究。在控制系统方面,通过运动控制器、CAN卡、电机驱动器组建了人形机器人控制系统,实现了电机的速度控制、位置控制或转矩控制。具体内容包括以下几个方面:1.为了更好的进行运动控制算法的研究,基于LabVIEW建立了人形机器人仿真平台。首先,对人形机器人结构进行分块处理,在仿真平台中创建对应模型。其次,根据真实机器人物理参数,对人形机器人物理模型进行仿真参数设定,并导入视觉模型,添加运动关节,设置关节运=动特性。最后,对人形机器人仿真环境进行设定,并生成配置文件。2.对机器人进行数学建模。根据D-H法进行了正运动学研究,正运动学用于已知关节角求解机器人位姿。逆运动学的研究使用了三角函数,逆运动学用于已知机器人的位姿反解关节角。之后,还利用拉格朗日法进行了动力学研究,动力学可以在已知机器人运动轨迹的情况下求解各个关节的转矩。3.根据倒立摆理论,从节省能量角度优化机器人运动轨迹。基于零力矩点理论对机器人行走稳定性判断。采用倒立摆理论和零力矩点理论相结合的方法,对三次样条插值生成的步态轨迹进行了能耗与稳定性优化,并将生成的关节位置轨迹转化为关节角度轨迹,在仿真平台上实现了人形机器人稳定行走。4.使用运动控制器、CAN卡、电机控制器与电机组建了机器人控制系统,通过CAN总线通讯协议,实现了电机的速度、位置、转矩三种控制方式。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-24
  1.1 引言  10-11
  1.2 人形机器人研究概况  11-20
  1.3 人形机器人步态规划方法概述  20-21
  1.4 人形机器人仿真平台设计  21-22
  1.5 本文研究的主要内容  22-24
第二章人形机器人仿真平台  24-46
  2.1 仿真开发包 LabVIEW Robotics  24
  2.2 ODE 物理引擎  24-26
  2.3 ODE 仿真环境的基本组成  26-41
    2.3.1 ODE 中的世界  26-28
    2.3.2 几何类  28-30
    2.3.3 刚体函数  30-32
    2.3.4 关节类型及函数  32-41
  2.4 人形机器人建模  41-45
  2.5 本章小结  45-46
第三章人形机器人数学模型  46-65
  3.1 运动学模型  46-51
    3.1.1 空间位置表示  46-47
    3.1.2 齐次坐标变换  47
    3.1.3 正运动学  47-50
    3.1.4 逆运动学  50-51
  3.2 动力学模型  51-64
  3.3 本章小结  64-65
第四章人形机器人步态规划  65-81
  4.1 步态规划中的基本概念  65-66
  4.2 倒立摆  66-68
    4.2.1 倒立摆的基本特性  66-67
    4.2.2 二维倒立摆  67-68
  4.3 人形机器人运动稳定判据  68-71
    4.3.1 静态稳定性与重心地面投影点  69-70
    4.3.2 动态稳定性与零力矩点  70-71
  4.4 轨迹规划  71-78
  4.5 仿真研究  78-80
  4.6 本章小结  80-81
第五章人形机器人控制系统  81-88
  5.1 Single-BoardRIO 运动控制器  81-82
  5.2 cRIO-9853 CAN 模块  82-83
  5.3 EPOS2 电机驱动器  83-84
  5.4 CAN 总线通讯  84-85
  5.5 电机控制系统研究  85-87
  5.6 本章小结  87-88
第六章工作总结与展望  88-90
  6.1 工作总结  88
  6.2 主要创新点  88-89
  6.3 展望  89-90
参考文献  90-94
致谢  94-95
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  95-97

人形机器人运动控制的研究

内容摘要

全文目录

相似论文