小型仿人机器人mihi机构设计和步行控制的研究

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1、上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：2006年2月18日4上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编

2、入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：2006年2月18日日期：2006年2月18日5小型仿人机器人MIH-I机构设计和步行控制的研究摘要仿人机器人的研究和应用一直是智能机器人领域最活跃的研究热点。目前，国内研究机构对于身高低于800mm的小型仿人机器人研究甚少，为了满足当前以小型化、多功能、低成本、家用化为目标的仿人机器人研究的迫切需要，我们开发了小型仿人机器人样机MIH-I。本文对人体结构和关节运动特征进行了研

3、究和分析，根据人体的结构特点，对MIH-I机器人的关节进行了选型和设计，对自由度进行了合理配置并通过改变部分关节连接方式来优化机构。同时分析了双足机器人在步行时各关节力矩变化情况，提出了采用扭簧机构对关节力矩进行补偿。采用这种机构能有效地优化电机力矩输出曲线，起到了提高步行稳定性的效果。动力学建模是研究仿人机器人步行控制的基础，本文在机器人学中已建立的较为成熟的运动学和动力学模型基础上，并考虑到MIH-I机器人自身的特点，采用牛顿－欧拉法得到递归形式的动力学方程。本文还讨论了两种双足机器人与地面之间反力的数学模型，为其步行控制提供地面反力模型。仿人机器人是一个复杂的非线性

4、、强耦合系统，很难对其建立精确模型，同时双足行走本身是不稳定的运动模式，易受到内外不6确定扰动的影响，因此需要采用反馈控制的方法对误差进行补偿，本文提出了一种基于传感器信息的模糊控制器的设计思路，用遗传算法（GA）结合单元映射（CCM）的方法进行全局最优控制规则集搜索，得到优化的模糊控制器能够较好地控制ZMP点在稳定区域内，仿真实验结果表明了此方法的有效性。关键字：仿人机器人，双足步行，模糊控制，遗传算法7MECHANICALDESIGNOFTHESMALLHUMANOIDROBOTMIH-IANDBIPEDWALKINGCONTROLRESEARCHABSTRACTTh

5、eapplicationandresearchofhumanoidrobotisalwaysthemostactivefieldinintelligentrobotics.Therearefewinstitutionsindomesticrecently,whichresearchsmallhumanoidrobotswithlessthan800mmheight.Tomeetthedemandofhumanoidrobots,whichareinsmallsize,multifunctional,lowcostandusedinhomeenvironment,ahuma

6、noidrobotnamedMIH-Iisdeveloped.Thisthesisresearchesandanalysesthemechanismofhumanbodyandthekineticcharacteristicsofjoints.ThejointsofMIH-Iaredesignedbasedonthefeaturesofhumanbody.MIH-IalsohasanoptimumconfigurationofDOFs.Amechanismoftorsionspringisappliedinthehumanoidrobottocompensatetorqu

7、ebasedontheanalysisofthetorqueineachjointwhilethehumanoidrobotiswalking.ItalsoimprovesthewalkingstabilitybyoptimizingthefeaturesofDCmotortorquecurve.Tosetupthedynamicmodelofbipedwalkingisthebasisofthebipedwalkingcontrolresearch.Accordingtothekinematicsanddynamicsinr