文档介绍：上海交通大学硕士学位论文
类人型机器人踢球时腿部运动规划及控制的研究

摘要

机器人足球的研究融入了机器人学机电一体化技术通讯与计
算机技术视觉与传感器技术智能控制与决策等多学科的研究成果
是展示高科技水平的生动窗口机器人足球赛通过提供一个标准任务
来促进人工智能和机器人技术领域内的研究类人型足球机器人自由
度多稳定姿态控制复杂对其进行研制更具挑战性考虑到类人型
机器人踢球时全身姿态设计及控制的研究内容太多本文只研究其踢
球时腿部运动规划及控制踢球时足球飞出去的方向由足在触球时的
姿态决定为了简化研究模型本文只研究机器人在前向平面内踢定
位球类似于人踢球时的正脚背射门当机器人需要做出其它技术的
踢球动作时只要少许改变其击球时的姿态就可实现在前向平面内
球踢出去的高低与足的仰俯角度有关而球飞出去的速度主要由足的
绝对速度决定本文在研究人踢球技术的基础上得出机器人踢球时
在初始点和触球点的姿态并规划出腿部从初始姿态运动到触球时姿
态的轨迹轨迹规划时需考虑平滑性与时间性平滑轨迹快速跟踪易
控制误差小击球时可以保证正确的姿态时间性则要求整个运动时
间要小就是要得到各路径点上的最大速度最终以最大速度击球
本文设计了适合机器人踢球的运动轨迹研究和设计了轨迹跟踪的控
制系统
研究各种工业机器人时间最优轨迹规划方法和考虑轨迹平滑性
的轨迹优化设计通过对各种轨迹规划方法的研究和总结得出一种
快速平稳运动的轨迹规划方法该方法首先用时间最优轨迹规划得出
轨迹在系列点的最大速度和加速度并把这些值作为五次样条曲线轨
迹规划时的约束边界进行平滑的轨迹规划文中给出了轨迹规划的
算法
通过踢球路径的仿人设计与使用机器人时间最优轨迹规划方法
建立电机力矩约束的动力学模型得出机器人在击球点的最大速度
I
上海交通大学硕士学位论文
用五次样条曲线规划出关节空间的平滑运动轨迹满足机器人踢球时
的位置和速度要求且轨迹的加加速度连续有界不易引起振动
本文还研究设计了模糊+PID 控制算法对轨线进行分段 PID 控
制来跟踪轨迹实现机器人的踢球运动硬件控制系统的设计采用上
下位机结构的三级控制系统上位机作为监控机下位机作为关节控
制器为了便于协调上下位机之间的通讯在中间增加了一个通讯控
制器最后研究设计了直流电机驱动控制单元完成了整个机器人踢
球运动控制系统的设计

关键词机器人时间最优轨迹规划五次样条曲线加加速度受限
模糊 PID 单片机

II
上海交通大学硕士学位论文
RESEARCH ON MOTION AND CONTROL OF
THE HUMANOID ROBOT’S LEG
FOR PLAYING FOOTBALL

ABSTRACT

Research on the robot football is fused with multidisciplinary
achievements of robotics, mechatronics, communication puter
science, vision and sensor technology, intelligent control and decision
theory, etc., it’s the vivid window to show the high-tech level. And it
accelerates the research on artificial intelligence and robotics through
providing a standard task. The development of humanoid football robot is
challenging for its difficulties in multi-degree of freedom and
complicated stable posture control. Since there is too much work to
design all the joint motion of the humanoid robot, only the leg motion
planning and its control system when kicking the ball is researched in this
article. The flying dir