[发明专利]一种仿人机器人控制系统

说明书

技术领域

本发明属于仿人机器人控制技术领域，尤其涉及一种仿人机器人控制系统。

背景技术

机器人是近年发展起来的综合学科。它集中了机械工程、电子工程、计算机工程、自动控制工程以及人工智能等多种学科的最新科研成果，代表了机电一体化的最高成就，是目前科技发展最活跃的领域之一。

自从70年代工业机器人应用于工业生产以来，机器人对工业生产的发展、劳动生产率、劳动市场、环境工程都产生了深远的影响。仿人机器人不同于一般的工业机器人。因为它不再固定在一个位置上。这种机器人具有灵活的行走系统，以便随时走到需要的地方，包括一些对普通人来说不易到达的地方和角落，完成人或智能系统预先设置指定的工作。自然界的事实、仿生学以及力学分析表明，仿人机器人与轮式、履带式机器人相比有许多突出的优点和它们无法比拟的优越性。它的特性主要体现以下方面:

（1）仿人机器人能适应各种地面且具有较高的逾越障碍的能力,能够方便的上下台阶及通过不平整、不规则或较窄的路面，它的移动“盲区”很小。

(2)仿人机器人的能耗很小。因为该机器人可具有独立的能源装置，因此在设计时就应充分考虑其能耗问题，机器人力学计算也表明，足式机器人的能耗通常低于轮式和履带式机器人。

(3)仿人机器人具有广阔的工作空间。由于行走系统的占地面积小，而活动范围很大，所以为其配置的机械手提供了更大的活动空间，同时也可使机械手臂设计得较为短小紧凑。

(4)双足行走是生物界难度最高的步行动作。但其步行性能却是其它步行结构所无法比拟的。所以，仿人机器人的研制势必要求并促进机器人结构的革命性的变化同时有力推进机器人学及其它相关学科的发展。仿人机器人对机器人的机械结构及驱动装置提出了许多特殊要，这将导致传统机械的重大变革。

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。这对机器人的运动学、动力学及控制理论的研究提供了一个非常理想的实验平台，在对其研究的过程中#很可能导致力学及控制领域中新理论、新方法的产生，另外，仿人机器人的研究还可以推动仿生学、人工智能、计算机图形、通信等相关学科的发展。因此，仿人步行机器人的研制具有十分重大的价值和意义。

本世纪70年代，由于生物学、控制理论和电子技术的发展，人们开始对类人行走进行系统的研究，近三十年来，双足步行机器人技术得到飞速的发展。从最初的静态行走，只能在平面上行走发展到拟动态行走、动态行走、斜坡上的行走甚至实现跑步。动态行走是双足步行机器人提高行走速度和研究的必然发展方向。

近年来，特别是本田公司推出的“P2”，“P3”及其后推出的Asimo，把仿人型双足机器人技术的研究再次推到了高潮。同时在小型仿人机器人领域也出现了一股开发的热潮。Sony 公司在2000 年推出的“梦幻机器人”系列SDR，被视为家庭娱乐技术的新突破。富士通公司推出的HOAP-I、HOAP-II也是小型仿人机器人开发的成功典型。日本科技振兴会北野共生系统工程研究所开发的Pino是一个低成本的小型仿人机器人平台，开发者把在PINO 上进行的机器人研究技术信息，基于GNU一般公共许可原则和GNU 一般公共文档许可原则对外公开（外观设计，商标等除外）。他们想借助LINUX 的模式，来尝试机器人开发的资源公开化，通过这种方式来促进成果的共享、更快的进化机器人和机器人的产业化。

综上所述，随着控制理论、计算机技术以及多传感器信息融合技术的发展，世界机器人发达国家的学者在仿人机器人技术的理论和实验上作了大量的研究，这种现象的出现最可能的解释是仿人机器人具有更强的机动性和灵活性，具有更广阔的应用前景。鉴于以上情况，我国也将双足步行机器人技术列为国家自然科学基金及863 等项目予以大力地支持。目前，国内对于小型仿人机器人研究和开发的单位很少，而从国外开发投入来看，其具有巨大的研究价值和应用市场。

　　传统的仿人机器人控制系统结构采用集中式控制，如日本仿人机器人HRP-2，通常由一台或多台计算机通过多块A/D,D/A模块与下层的驱动器和传感器连接通信。由上位机完成轨迹规划和任务调度，协调下层各控制板对各关节进行控制。这样的控制系统模块繁多，模块之间的连接复杂，依赖性强且相互耦合，降低了系统的开放性和可靠性，增加了功耗，难以完成多轴同步协调运动控制。