文档介绍：申请上海交通大学硕士学位论文

仿人机器人运动控制系统设计

专业：控制理论与控制工程
硕士生：张怡
导师：苏剑波教授

上海交通大学电子信息与电气工程学院
2009 年 1 月
A Thesis Submitted to Shanghai Jiao Tong University
for the Master Degree

MOTION CONTROL SYSTEM DESIGN OF HUMANOID
ROBOTS

Author: Zhang Yi
Advisor: Prof. Su Jianbo
Specialty: Control Theory and Control Engineering

School of Electronics, Information and Electrical Engineering
Shanghai Jiao Tong University
January 1，2009
摘要
仿人机器人运动控制系统设计
摘要
仿人机器人是工程上少有的高阶、非线性、非完整约束的多自由
度系统，具有强大的运动灵活性，因此，为机器人的运动学、动力学、
仿真技术、多传感器融合、控制理论等研究提供了一个非常理想的实
验平台。由于运动控制系统直接决定了仿人机器人最终运动表现，其
研究和开发也一直是仿人机器人研究领域的一个重点难题。其中小型
仿人机器人的运动控制系统更有其特殊之处：必须考虑在有限的空间
内实现众多关节的控制、多个关节间协调并保证运动的实时性，同时
对系统的尺寸和重量也有更高的要求。
针对仿人机器人驱动机构和传感装置众多的特点，本文综合了集
中式与分布式系统的优势，提出了一种改进的仿人机器人运动控制系
统结构。该结构由协同运动处理模块、数据通信模块及四肢运动控制
模块组成。每个底层运动控制模块内包括关节控制器、关节驱动器和
若干传感器。该种结构充分考虑了仿人机器人位置相邻功能相近的关
节间紧密耦合这一状况，进行了适当的功能集中，既保留了分布式结
构智能灵活的优点，又降低了数据通信负担，从而更好地适应于仿人
机器人的控制和传感的要求。
在此基础上，以高性能数字信号处理器 DSP、专用电机控制模块、
功率驱动模块和正交解码模块等为核心完成了仿人机器人运动控制
系统硬件设计，配合软件程序与控制算法的设计，提高单颗 DSP 芯片
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摘要
的控制能力，从而实现对多路不同类型电机的控制及基于多总线的全
方位数据通信。最终完成的系统通用性与扩展性好，结构更紧凑，也
更易于实现关节之间的耦合控制。
仿人机器人实验平台上进行了多关节协同控制实验，实验结果表
明此种系统软硬件设计可以满足机器人运动行为的基本