题目：四足仿生机器人多关节协调运动控制

足式机器人由于腿部与地面的接触是非连续的，且多条腿之间的协调运动可产生多种步态，所以相比于一般移动机器人，具有更好的机动性和复杂地形的适应性，可以广泛运用于影视娱乐、反恐、军事运输、抢险、救灾等领域。四足机器人相关研究可以为我国多足机器人的实用化贡献力量，具有重要的现实意义及科研价值。但四足机器人，尤其是液压四足机器人的研制，仅停留在实验阶段，其控制方式没有形成统一化、通用化的技术体系，致使运动协调性、系统开放性、工程实用性等方面难以得到保证。

为了解决四足机器人运动控制技术的关键问题，提高四足机器人运动控制系统性能，进而提升所研制四足机器人的平台化、开放性及实用化水平，本文针对具有高功率密度的液压驱动四足仿生机器人的控制系统，以提高多关节运动控制的协调性为研究内容，在协调控制策略、系统硬件体系搭建、并行控制软件设计、单腿解耦控制算法设计、控制系统仿真研究、物理样机调试等方面做了深入研究:

（1）分析液压四足机器人控制原理，对液压系统进行数学建模，并结合机械结构明确机器人运动控制问题的技术关键点；基于简化解耦的思路，结合四足机器人液压驱动系统特点，提出了单腿的整体协调性控制与多腿间并行实时跟踪控制相结合的控制策略。

（2）针对上下位机控制模式的缺点，改用工控机加数据采集卡的控制系统架构，并进行电路的搭建，在提高控制系统运算能力的同时提高了系统的开发性，为后续大运算量算法的程序实现提高了硬件条件支持。

（3）基于实时性的概念与特点，分析实时性的保证对于并行控制策略得以实现的重要性；为了保证基于工控机的四足机器人嵌入式控制系统的硬实时性，对Windows XP进行RTX实时环境拓展；深入研究研华数据采集板卡的工作机理及寄存器结构，进而开发出研华PCI板卡在RTX环境下的驱动程序，为控制系统实时数据采集子功能的实现奠定基础；结合RTX API，在Visual Studio 2008的MFC框架下开发出双进程多线程并行运行的实时控制程序软件系统，并引出单腿控制算法接口，为后续单腿控制算法的嵌入提供支持。

（4）针对单腿系统结构，分析量化协调性控制目标；研究广义解耦控制理论，引入MPIDNN控制策略，并结合现有系统特点，分析设计出单腿解耦控制算法。利用S-Functipn模块编制MPIDNN算法模块并集成到Simulink控制系统模型中，完成系统的仿真建模；设置仿真条件，给定相关步态数据，进行控制系统的仿真，在验证控制策略的正确性的同时定性地分析控制系统性能，为后续物理样机调试做准备。

（5）通过PCI1727板卡信号输出实验、PCI1710读缓存实验、DQA数据采集综合实验，检测验证并行控制软件系统性能；运行嵌入了MPIDNN算法的控制程序，通过不断调整权值初值、训练速度及训练步数，对单腿进行控制训练；四条腿分别训练好后，进行下地实验，结果表明，控制系统可以驱动机器人进行稳定的对角步态运动。