双足机器人物理样机研制及其关节柔性补偿实验研究

摘要

由于双足机器人是通过腿行走的，在行进过程中会存在稳定性与控制效率等方面问题。迄今，国内外对双足机器人的研究已有多年，但由于双足机器人在结构与行进环境等方面的复杂性，使得对其研究的难度很大，进展相对缓慢。本文的主要研究内容如下:
　　(1)在学习国内外关于双足机器人研究成果基础上，自行设计并制作了GTX-2双足机器人，并以此为样机开展理论与实验研究。在机械结构方面，对前一代机器人结构进行了改进与优化。在控制系统设计方面，采用了上位机与下位机联合控制方案，其中，上位机负责算法生成，下位机负责传感器数据采集与运动控制。
　　(2)基于步态稳定性判据ZMP，建立了GTX-2机器人的正、逆运动学模型，其中，正运动学模型的建立采用了齐次变换矩阵的方法，而逆运动学模型则结合了几何和代数分析结果而建立。
　　(3)建立了GTX-2机器人的3D线性倒立摆模型，规划了质心的轨迹，使用三次样条曲线规划了踝关节的轨迹，并通过机器人逆运动学获得了各个关节的转动角度。此外，本文还分析了GTX-2机器人质心与ZMP之间的联系。
　　(4)通过分析GTX-2机器人关节柔顺性的实验结果，建立了其关节柔顺模型。首先建立GTX-2机器人柔性关节的简化模型，并通过实验结果获得该模型中的参数数据;然后，通过该模型来预测机器人关节产生的柔性，进而提前对机器人关节角度进行补偿;最后，运用该方法进行实验，以验证模型的有效性。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外双足机器人研究进展

1．2．1 国外双足机器人研究进展

1．2．2 国内双足机器人研究进展

1．3 双足机器人简化模型介绍

1．4 论文研究内容

第二章 GTX-2双足机器人结构设计以及控制电路设计

2．1 引言

2．2．1 自由度分配与机械结构

2．2．2 传感器选型

2．3 GTX-2双足机器人控制电路设计

2．3．1 上位机选型

2．3．2 舵机选型

2．3．3 下位机硬件电路设计

2．4 本章小结

第三章 GTX-2双足机器人运动学建模与步行稳定性分析

3．1 引言

3．2 运动学建模

3．2．1 坐标系建立

3．2．2 正运动学模型

3．2．3 逆运动学模型

3．3 步行稳定条件

3．4 本章小结

第四章 GTX-2双足机器人3D倒立摆模型及其步态规划

4．1 引言

4．2 3D线性倒立摆模型

4．2．1 3D线性倒立摆动力学模型

4．2．2 双足机器人落脚点与ZMP之间的关系

4．3 步态规划

4．3．1 踝关节轨迹规划

4．3．2 质心轨迹规划

4．3．3 动态行走时质心运动轨迹以及ZMP轨迹

4．3．4 关节角度计算

4．4 本章小结

第五章 GTX-2双足机器人关节柔性补偿与行走实验

5．1 引言

5．2 双足机器人关节柔性补偿

5．2．1 双足机器人关节柔性问题

5．2．2 关节柔性补偿控制

5．3 双足机器人行走实验

5．4 总结

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要研究成果及参加的项目