大型雙足機器人之設計與實現:使用智慧型控制器

Design and implementation of large-scale biped robot: using intelligent controller

吳俊達(Chun-Ta Wu)

中原大學/工學院/電機工程研究所/碩士(2011年)

https://doi.org/10.6840/CYCU.2011.00213

摘要

本論文主要是設計與實現大型雙足機器人，此機器人擁有10個自由度並以靜態步行規劃行走步伐。過去學術界多是以市售的小型雙足機器人套件作為機器人研究平台，小型雙足機器人硬體與控制電路已由廠商製作完成，使用者僅需下達各關節轉動命令即可控制且適用於研究領域，難以應用到日常生活。國外大型雙足機器人製作成本高達數百萬，國內一般學術機構難以承擔其研究成本，基於此考量，本作品發展出一套低建置成本的大型雙足機器人系統，期望能有效降低大型雙足機器人之研究門檻。 機構方面我們參考了萬向接頭的觀念設計出萬向關節，使機器人的自由度更接近人類雙足，動作規劃依據靜態步行的原則，運用正向運動學、機器人整體重心計算等，規劃出穩定的機器人運動參考軌跡，再透過控制程式進行內差值計算，使得機器人行走更加平順，我們使用模糊邏輯控制器作為機器人關節定位控制器用以維持動作，由於機器人運動時需同時控制十顆馬達，對於系統運算負擔頗大，我們設計一套多晶片控制架構，能同時使用多組單晶片控制板作平行處理分擔運算工作。此外由於機器人機構方面有許多無法避免之間隙，造成機器人行走晃動，我們設計一個震盪消除控制器用來消除機器人行走時的晃動。最後由實驗中表現出具有相當之穩定性。

關鍵字

雙足機器人 ； 正向運動學 ； 重心計算 ； 模糊控制

並列摘要

In this thesis, we design and implement a large-scale biped robot. The robot has ten degrees of freedom. Traditional large-scale biped robot is very expensive, thus we attempt to design a low cost biped robot in order to cut down the threshold in studying large-scale biped robot. The robot's static walking is planned by forward kinematics and COG (center of gravity). The stability of a biped robot depends on its COG if COG of a biped robot falls in the certain region. Furthermore, to make the system walking more smooth and stable, we used Mamdani type fuzzy logic controller to robot tracking control and anti-swing control. Due to ten motors act in the same time, we design multi-chip parallel processing control structure. Finally, the experimental results of propose large-scale biped robot demonstrates the good performance of the whole control system.

並列關鍵字

biped robot ； forward kinematics ； center of gravity ； fuzzy control

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