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仿人足球机器人的研究与控制

葛壮  
【摘要】:仿人机器人的行走方式是类人的双足步行,拥有很好的灵活性,有着其它的机器人无法比拟的优点,其技术是当今机器人领域的研究前沿和热点方向之一。本文将设计一款仿人机器人,并对所设计的机器人进行运动规划,使其实现稳定行走。 首先,本文回顾和总结了仿人机器人的历史和发展现状,对国内外各主要研究机构设计的仿人足球机器人进行了分析和对比,并介绍了本文研究的主要内容。 其次,本文设计了仿人足球机器人的关节自由度,并配置了系统的驱动。在确定机械结构之后,本文对控制电路进行了设计和实现,完成仿人足球机器人的硬件配置。 接着,本文对仿人足球机器人进行运动学分析,采用D-H矩阵法建立坐标系,得出D-H参数表,从而根据D-H矩阵运算得出其运动学正解和运动学逆解的方程,同时得出仿人足球机器人各关节的关节角轨迹。 然后,本文基于三维倒立摆模型根据ZMP稳定性判据对仿人足球机器人进行步态规划。通过提出理想ZMP的轨迹来规划仿人足球机器人质心(COG)和踝关节的轨迹。 最后,实验过程中实际测得的ZMP的位置和规划中理想的ZMP总是有一定的误差,这会导致仿人足球机器人步行的不稳定。为了解决误差,本文然后通过模糊算法对仿人足球机器人控制系统进行控制,使得实际ZMP和理想ZMP之间的差距减小,确保仿人足球机器人稳定行走。


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