四足仿生机器人运动控制系统的设计与实现

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1、西北工业大学硕士学位论文(学位研究生)题目：四足笾生狃墨厶运动控趔丕统鲍遮让皇塞现作者：陈德明学科专业：扭越电王工程指导教师：王涸耋教援2007年3月摘要四足机器人运动灵活、对复杂地形的自适应运动能力强，具有广阔的应用前景。由于四足机器人的机构和控制相对复杂，相关技术还不成熟，目前四足机器人大多处于实验室研制阶段，所研制的四足机器人普遍存在运行速度慢、地形自适应运动能力差、负载轻等问题。论文针对目前四足机器人普遍存在的问题，着重开展四足仿生机器人运动控制研究，主要内容如下：1．在对国内外四足机器人研究现状调研、分析的基础上，提出了四足仿生机

2、器人的总体设计方案；通过对四足哺乳类动物——狗的生理结构进行分析，设计了仿生物四足机器人试验样机；根据四足仿生机器人运动控制的功能要求，确定了递阶分布式控制系统结构；针对控制系统信息传输的特点和要求，设计了基于CAN总线和串口的数据通信方案。2．开展仿生CPG算法的研究，采用该算法实现了四足仿生机器人多关节的协调运动。设计了关节运动规划控制器，处理器采用数字信号处理芯片(DSP)，完成算法的高速求解。3．针对机器人单关节的运动控制，设计了集直流电机运动控制和驱动于一体的关节伺服控制器。硬件上采用单片机AT99S52、电机运动控制专用芯片LM

3、629、智能集成功放电路LMDl8245和增量式光电编码器来构成全数字伺服控制系统。4．编写了实时性较强的运动控制系统软件，主要包括CPG算法求解模块、CAN总线通信模块、数据采集模块、伺服控制模块等。采用定时器中断和外部中断相结合的方法来提高实时性。经过试验，论文设计的运动控制系统性能可靠，实现了对四足仿生机器人机械系统的实时控制，产生了仿生运动步态，基本达到项目设计要求。该平台具有一定的扩展能力，可以作为递阶分布式控制系统的底层控制器，为四足仿生机器人后续研究奠定了良好的基础。关键词：四足机器人，运动控制系统，CAN总线，中枢模式发生器

4、ABSTRACTMovingflexibleandhavingstrongadaptivemovementabilitytothecomplicatedterrain，quadrupedrobothaswideapplicationinthefuture．Becausethemechanismandcontrolofthequadrupedrobotarccomplicated,andrelevanttechnologiesarcimmature，theapplicationofthequadrupedrobotstillwithinthe

5、laboratorylimits．Thequadrupedrobotdevelopedgenerallymovesslowly,haspooradaptivemotionabilityto自奠豫illandhaspoorload．Accordingtotheproblemsgenerallyexistinginmostquadrupedrobots；thisthesisemphaticallystudiesthemotioncontrolofthequadrupedbionicrobot．11lemaincontentiSasfo[10ws

6、"1．Basedonlotsofinvestigationandanalysisofthequadrupedrobotsbothhomeandabroad，theoveralldesignplanofquadrupedbionicrobotisproposed．Byanalymgquadrupedmammals，typicallyphysiologicalfeaturesofdog,anexperimentalprototypeofthequadrupedbionicrobotisdesigned．Accordingtothefunctio

7、nrequirementofquadrupedbionicrobotmotioncontrol，ahierarchicalanddistributedcontrolsystemstructureisgiven．AndtheschemeofdatacommunicationbasedonCANbusandserialisdesignedaccordingtothecharacteristicandrequirementoftheinformationtransmissionofthecontrolsystem．2．BionicCPG(Cent

8、ralPatternGenerator)algorithmisstudied，whichhelptorealizecoordinatedmotionfurmultiplejoin