[發明專利]一種仿人機器人控制系統

無效

• 申請號: 201110237131.8
• 申請日: 2011-08-18
• 公開（公告）號: CN102360190A
• 公開（公告）日: 2012-02-22
• 發明（設計）人: 劉治;李基甫;王麗楊;鄭國雄;章云
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

技術領域

本發明屬于仿人機器人控制技術領域，尤其涉及一種仿人機器人控制系統。

背景技術

機器人是近年發展起來的綜合學科。它集中了機械工程、電子工程、計算機工程、自動控制工程以及人工智能等多種學科的最新科研成果，代表了機電一體化的最高成就，是目前科技發展最活躍的領域之一。

自從70年代工業機器人應用于工業生產以來，機器人對工業生產的發展、勞動生產率、勞動市場、環境工程都產生了深遠的影響。仿人機器人不同于一般的工業機器人。因為它不再固定在一個位置上。這種機器人具有靈活的行走系統，以便隨時走到需要的地方，包括一些對普通人來說不易到達的地方和角落，完成人或智能系統預先設置指定的工作。自然界的事實、仿生學以及力學分析表明，仿人機器人與輪式、履帶式機器人相比有許多突出的優點和它們無法比擬的優越性。它的特性主要體現以下方面:

（1）仿人機器人能適應各種地面且具有較高的逾越障礙的能力,能夠方便的上下臺階及通過不平整、不規則或較窄的路面，它的移動“盲區”很小。

(2)仿人機器人的能耗很小。因為該機器人可具有獨立的能源裝置，因此在設計時就應充分考慮其能耗問題，機器人力學計算也表明，足式機器人的能耗通常低于輪式和履帶式機器人。

(3)仿人機器人具有廣闊的工作空間。由于行走系統的占地面積小，而活動范圍很大，所以為其配置的機械手提供了更大的活動空間，同時也可使機械手臂設計得較為短小緊湊。

(4)雙足行走是生物界難度最高的步行動作。但其步行性能卻是其它步行結構所無法比擬的。所以，仿人機器人的研制勢必要求并促進機器人結構的革命性的變化同時有力推進機器人學及其它相關學科的發展。仿人機器人對機器人的機械結構及驅動裝置提出了許多特殊要，這將導致傳統機械的重大變革。

仿人機器人是工程上少有的高階、非線性、非完整約束的多自由度系統。這對機器人的運動學、動力學及控制理論的研究提供了一個非常理想的實驗平臺，在對其研究的過程中#很可能導致力學及控制領域中新理論、新方法的產生，另外，仿人機器人的研究還可以推動仿生學、人工智能、計算機圖形、通信等相關學科的發展。因此，仿人步行機器人的研制具有十分重大的價值和意義。

本世紀70年代，由于生物學、控制理論和電子技術的發展，人們開始對類人行走進行系統的研究，近三十年來，雙足步行機器人技術得到飛速的發展。從最初的靜態行走，只能在平面上行走發展到擬動態行走、動態行走、斜坡上的行走甚至實現跑步。動態行走是雙足步行機器人提高行走速度和研究的必然發展方向。

近年來，特別是本田公司推出的“P2”，“P3”及其后推出的Asimo，把仿人型雙足機器人技術的研究再次推到了高潮。同時在小型仿人機器人領域也出現了一股開發的熱潮。Sony?公司在2000?年推出的“夢幻機器人”系列SDR，被視為家庭娛樂技術的新突破。富士通公司推出的HOAP-I、HOAP-II也是小型仿人機器人開發的成功典型。日本科技振興會北野共生系統工程研究所開發的Pino是一個低成本的小型仿人機器人平臺，開發者把在PINO?上進行的機器人研究技術信息，基于GNU一般公共許可原則和GNU?一般公共文檔許可原則對外公開（外觀設計，商標等除外）。他們想借助LINUX?的模式，來嘗試機器人開發的資源公開化，通過這種方式來促進成果的共享、更快的進化機器人和機器人的產業化。

綜上所述，隨著控制理論、計算機技術以及多傳感器信息融合技術的發展，世界機器人發達國家的學者在仿人機器人技術的理論和實驗上作了大量的研究，這種現象的出現最可能的解釋是仿人機器人具有更強的機動性和靈活性，具有更廣闊的應用前景。鑒于以上情況，我國也將雙足步行機器人技術列為國家自然科學基金及863?等項目予以大力地支持。目前，國內對于小型仿人機器人研究和開發的單位很少，而從國外開發投入來看，其具有巨大的研究價值和應用市場。

　　傳統的仿人機器人控制系統結構采用集中式控制，如日本仿人機器人HRP-2，通常由一臺或多臺計算機通過多塊A/D,D/A模塊與下層的驅動器和傳感器連接通信。由上位機完成軌跡規劃和任務調度，協調下層各控制板對各關節進行控制。這樣的控制系統模塊繁多，模塊之間的連接復雜，依賴性強且相互耦合，降低了系統的開放性和可靠性，增加了功耗，難以完成多軸同步協調運動控制。