文档介绍：申请上海交通大学硕士学位论文

人形机器人运动控制的研究

学校: 上海交通大学
院系: 机械与动力工程学院
班级: B090209A
学号: 1090209345
硕士生: 唐策
专业: 机械工程
导师: 赵现朝

上海交通大学机械与动力工程学院
2012 年 2 月
A Dissertation Submitted to Shanghai Jiao Tong University for
Master Degree

MOTION CONTROL OF HUMANOID ROBOT

Author: Ce Tang
Specialty: Mechanical Engineering
Advisor: Xianchao Zhao

School of Mechanical Engineering
Shanghai Jiao Tong University
Feburary, 2012
上海交通大学硕士学位论文摘要
人形机器人运动控制的研究

摘要
人形机器人的研究始于上世纪六十年代末,虽然只有四十年的历史,
但是研究工作发展迅速。人形机器人是少有的高阶、非线性、多自由度、
不稳定系统,是控制理论研究与实践的理想平台。人形机器人运动控制
研究吸引了众多国内外学者,已经成为了机器人领域的一个重要发展方
向。
本文主要研究人形机器人的运动控制。在算法研究方面,搭建了机
器人仿真平台,进行了动力学、运动学分析与控制算法研究。在控制系
统方面,通过运动控制器、CAN 卡、电机驱动器组建了人形机器人控制
系统,实现了电机的速度控制、位置控制或转矩控制。具体内容包括以
下几个方面:
,基于 LabVIEW 建立了人形
机器人仿真平台。首先,对人形机器人结构进行分块处理,在仿真平台
中创建对应模型。其次,根据真实机器人物理参数,对人形机器人物理
模型进行仿真参数设定,并导入视觉模型,添加运动关节,设置关节运
动特性。最后,对人形机器人仿真环境进行设定,并生成配置文件。
。根据 D-H 法进行了正运动学研究,正运
动学用于已知关节角求解机器人位姿。逆运动学的研究使用了三角函数,
逆运动学用于已知机器人的位姿反解关节角。之后,还利用拉格朗日法
进行了动力学研究,动力学可以在已知机器人运动轨迹的情况下求解各
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上海交通大学硕士学位论文摘要
个关节的转矩。
,从节省能量角度优化机器人运动轨迹。基于零力
矩点理论对机器人行走稳定性判断。采用倒立摆理论和零力矩点理论相
结合的方法,对三次样条插值生成的步态轨迹进行了能耗与稳定性优化,
并将生成的关节位置轨迹转化为关节角度轨迹,在仿真平台上实现了人
形机器人稳定行走。
、CAN 卡、电机控制器与电机组建了机器人控制
系统,通过 CAN 总线通讯协议,实现了电机的速度、位置、转矩三种控
制方式。

关键词:人形机器人,运动控制,LabVIEW,动力学,步态规划
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上海交通大学硕士学位论文 ABSTRACT
MOTION CONTROL OF HUMANOID ROBOT

ABSTRACT
The humanoid robot research began in the late sixties, although it only
have 40 years of history, but the research is developing rapidly. The humanoid
robot is a high order, nonlinear, multiple degree of freedom, unstable
provides an ideal platform to the research and practice of control
theory. The humanoid robot research has attracted many scholars to work on
it, and it has e an important direction in the field of robotics.
This paper is mainly about the humanoid ro