本文基于实验室自行研制的电机驱动型双足步行机器人样机,设计了应用于该样机的关节运动控制系统。首先,本文进行机器人模型介绍,阐述了机器人设计的理论依据:两点式步行理论,列出机器人机械结构及关节参数,通过D-H矩阵进行机器人运动学建模为后期模型补偿算法做铺垫,建立电机内部电路系统模型用以研究关节力矩控制,通过MATLAB/Simulink工具搭建机器人三维仿真模型。其次,针对机器人关节多模式控制(位置控制和力矩控制)需求,对其进行相关算法的仿真。位置控制和力矩控制均采用分布式控制思想,即对每个关节进行单独控制。位置控制采用基于模型补偿的自抗扰控制算法(ADRC),通过与基于模型补偿的PID控制算法进行仿真对比说明其控制的优越性。力矩控制主要用于通过脚踝给机器人提供恒定的蹬地力,相关控制算法参数通过仿真确定。然后,对关节控制系统软硬件设计进行介绍。硬件主要分为电源系统板、关节从站主控板、3自由度驱动母板及电机驱动器,详细介绍具体设计方案。软件方面:关节控制器主要是基于FreeRTOS实时操作系统进行各个任务设计;关节驱动器主要实现电流环控制功能以及CAN通讯等功能;算法设计采用基于模型的设计理念,在Simulink仿真验证后,直接将算法部分定义输入输出接口,生成嵌入式代码用于实际机器人运动控制。最后,搭建实验平台,对机器人进行位置控制及力矩控制实验。位置控制主要进行单自由度机械臂实验以及机器人关节联动实验验证控制算法的稳定性及控制精度等。力矩控制主要进行电流与实际力矩关系实验、电流反馈阶跃实验以及机器人实际蹬地力测量实验。实验结果表明位置控制及力矩控制均可以很好地满足机器人关节系统的控制要求。