文档介绍：杭州电子科技大学硕士学位论文
硕士学位论文
题目: 多足步行机器人步态规划及控制系统的研
究
研究生宣奇波
专业计算机系统结构
指导教师戴国骏教授
张怀相副教授
完成日期 2013 年 3 月
I
杭州电子科技大学硕士学位论文
杭州电子科技大学硕士学位论文
多足步行机器人步态规划及控制
系统的研究
研究生: 宣奇波
指导教师: 戴国骏教授
张怀相副教授
2013 年 3 月
I
杭州电子科技大学硕士学位论文
Dissertation Submitted to Hangzhou Dianzi University
for the Degree of Master
A Study on Multi-legged walking robot
gait planning and control system
Candidate: Xuan Qibo
Supervisor: Prof. Dai Guojun
Vice Prof. Zhang Huaixiang
March, 2013
II
杭州电子科技大学硕士学位论文
杭州电子科技大学
学位论文原创性声明和使用授权说明
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,本论文不含任何其他个人
或集体已经发表或撰写过的作品或成果。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。
申请学位论文与资料若有不实之处,本人承担一切相关责任。
论文作者签名: 日期: 年月日
学位论文使用授权说明
本人完全了解杭州电子科技大学关于保留和使用学位论文的规定,即:研
究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属杭州电子科技大学。本人保证
毕业离校后,发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为杭州电子科技大
学。学校有权保留送交论文的复印件,允许查阅和借阅论文;学校可以公布论文
的全部或部分内容,可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。(保密
论文在解密后遵守此规定)
论文作者签名: 日期: 年月日
指导教师签名: 日期: 年月日
III
杭州电子科技大学硕士学位论文
摘要
为了探索未知世界,避免恶劣的工作环境对人体的损害,从事一些人体本身
难以完成的工作,使用机器人实现目标是一条重要的途径。
机器人根据其移动方式可以分为:轮式机器人、履带式机器人和足式机器人。
相比于轮式以及履带式移动方式,足式机器人所采用的移动方式具有其独特的优
势。足式移动方式对不平整的路面具有较好的适应能力,其腿部的立足点可以是
离散的,能够在可以延伸到达的地面上选择其最优的支撑点,即使是在地表极度
崎岖的情况下,通过严格地选择腿部足端的支撑点,也能够自由行走。足式机器
人的移动方式还具有主动隔振的能力,允许腿部的运动轨迹和机体的运动轨迹解
耦,保持机器人运动具有较高的稳定性。基于此,足式步行机器人的研究已经成
为机器人学中一个受人关注的研究领域。
论文围绕多足步行机器人的机构和运动学、步态规划以及运动控制系统展开
研究。第一,分析了多足步行机器人的步行机构和腿部自由度;对步行机器人腿
部进行了运动学分析,建立了单腿的 D-H 方程,求出了机器人单腿的运动学的
正解和逆解,再对多足步行机器人整体进行运动学分析,以独特的角度求出了步
行机器人作为整体运动学的正解和逆解;第二,阐述了步态稳定性原理,提出了
多足步行机器人静态稳定性的判断方法和各参数对机器人的影响;对于多足步行
机器人中典型的四足和六足步行机器人进行了独特的平动和定点转动的步态规
划,分别给出了稳定的步态过程,并推导出能适应有坡度的平动行走步态最大跨
步和定点转动最大转动角度的计算方法;第三,介绍了多足步行机器人运动控制
系统中的驱动系统和控制系统,在理解步行机器人控制系统结构的基础上,使用
Visual C++实现了步行机器人上位机的人机交互界面软件;为保证步行机器人步
态控制数据传递的有效性,约定了基于串口帧传输方式的数据通信协议;对于下
位机控制器,进行了硬件的介绍