仿人机器人控制系统设计与姿态控制方法

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1、⑧论文作者签名：盈蝗指导教师签名：羹．．丕：万方数据论文评阅人1．匿垒i．平INA2：匿垒评阅人3：匿垒ijzlNJ',．4：匿垒评阅人5：匿垒答辩委员会主席：基世强敦援委员1：扬墨墓熬授委员2：拖丛至熬援委员3：昱篮熬援委员4：篮焦虹丑究虽委员5：答辩日期：2014．12．12万方数据lIllllIlllllllIllllIY2788302Author’ssignature：Supervisor’ssignature：粝么细5hExternalReViewers：△塾Q型迦Q幽△塾Q!眨堡Q坚§△塾Q卫Y也Q丛§△卫Q坠Y旦!Q丛§△塾Q班匹Q坠§ExaminingComm

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3、并表示谢意。学位论文作者签名：黧迄扬签字日期：弘t丫年l明扣曰学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解逝江太堂有权保留井向国家有关部门或机构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权泣江太鳖可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：二骆鲍导师签名：签字日期：∥“年r亡月，·日签字日期：沙15哞归月，，日万方数据浙江大学博士学位论文致谢衷心感谢褚健教授在我求学期间给予的支持与帮助，他对科研事业的热情与远见让人感服，在平常生活工作中展现

4、出的人格魅力和风风火火的工作风格是学生们崇敬和学习的榜样。衷心感谢熊蓉教授长期以来对我学习工作的关怀和指导，她对待工作勘恳严谨、孜孜不倦，她拼搏奋斗的精神感染着身边的每一个人；她对学生生活关怀入微、体贴细致，既为严师亦为慈友；能够有幸在熊蓉教授的团队中学习和成长，是我一生宝贵的经历和财富。衷心感谢吴俊研究员、刘勇副教授和浙江大学智能系统与控制研究所机器人实验室的各位师长、前辈、同僚与朋友们，你们的陪伴让我在求学的漫长过程中受益匪浅。感谢我的家人。孙逸超2014年8月万方数据浙江大学博士学位论文摘要仿人机器人是机器人领域研究的长期热点，也是人类科技发展的长远愿景，其发展水平代表

5、了目前机器人学界的尖端技术和探索前沿。仿人机器人具有与人类相似的躯干结构与运动能力，能够在人类的工作环境中替代人类进行工作，将人类从体力劳动、机械重复作业等低级劳动以及高危、高风险行业中解放出来，提高生产力水平和工作效率，提升人类的生活质量，使人类能够专注于高级智慧活动，促进生产力的合理配置和社会发展。可以预见在未来相当长时间里，机器人技术，特别是仿人机器人技术，将对社会变革与发展产生重要影响作用。本文的研究内容主要包括：1．以具备快速步行运动能力和快速作业能力为目标，设计研制了大型仿人机器人Kong-II的运动控制总线，提出了基于实时以太网国际标准EPA的主从式总线架构，解

6、决了分布式运动控制系统由于数据总线带宽约束导致的控制周期过长的问题。2．设计研制了能够稳定、可靠的支持仿人机器人实现稳定步行与快速作业的仿人机器人控制软件EvolvingMind，采用多层次设计和模块化架构，减少了软件与硬件、不同软件模块间的逻辑耦合，提升了控制软件整体的可靠性，降低了研发和维护难度。3．分析了仿人机器人步行运动过程中由于模型误差与环境扰动引发的姿态与平衡控制问题，提出基于阻抗控制理论的步行姿态调整方法，通过引入虚拟弹簧阻尼系统，使机器人摆动腿在遭遇地面过大冲击力时保持柔性；提出基于无源控制理论的摆动腿末端位姿调整方法，通过控制来自地面的冲击力对机器人的能量输

7、入，保证系统的无源性和稳定性：提出基于最小二乘方法的竖直角动量优化方法，使机器人在步行过程中角动量最优，减少由于机器人运动产生的姿态偏转。4．基于仿人机器人快速作业过程中作业臂对机体的反作用力冲击过大的问题，提出基于阻抗控制理论的站立姿态调整方法，通过分别为双足设计独立的虚拟弹簧阻尼系统，使双足在受到地面作用力过程中模拟弹簧特性，吸收冲击，保证姿态稳万方数据浙江大学博士学位论文摘要定；提出基于角动量最优化方法的机器人下身运动规划方法，使机器人在站立条件约束下通过下肢运动抵消由于手臂作业运动产生的角动量，