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双足步行机器人控制系统设计

查华臣  
【摘要】:本文基于实验室自行研制的电机驱动双足步行机器人样机,设计了应用于该样机的控制系统。首先,对两点式步行理论进行介绍,基于该理论,设计了机器人运动控制模式。然后抽象出机器人的物理模型,采用D-H方法对机器人样机进行了运动学建模,并使用MATLAB/Simscape建立了机器人的三维运动仿真模型。其次,根据机器人样机的特点和功能需求,结合当前控制系统的发展趋势,提出了控制系统的设计要求,并采用分布式结构,对控制系统进行模块化设计,将控制系统分为调度协调模块、规划运算模块、运动控制模块和监测控制平台。根据需求确定了控制系统的通信方案和实时操作系统,并对各模块的功能及部分模块的硬件进行设计。然后,对控制系统软件部分进行了设计,包括u C/OS-III实时操作系统中控制系统的各项功能任务设计、控制系统模块之间Ether CAT通信的软件实现、规划运算模块软件设计、运动控制模块软件设计、上位机监测控制平台软件设计。最后,搭建出实验平台,对控制系统的整体性能进行实验与分析。进行了控制系统的实时性实验、稳定性实验、数据传输的准确性实验、控制系统的电路保护实验、运动控制实验,实验结果证明本文所设计的控制系统性能良好,可以满足机器人样机的运动控制需求。


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