随着移动机器人应用场景的不断拓展,传统的足式和轮式机器人无法同时满足适应复杂环境且运动高效的任务需求。轮式双足机器人兼具腿足式移动机器人对复杂环境适应性好的优势和轮式机器人在平坦路面中移动速度快、能量利用率高的特点,是极具发展潜力的新一代移动机器人。轮式双足机器人的概念一经提出,发展十分迅速,国内外涌出多种此类机器人平台,各种轮式双足机器人控制算法也层出不穷。轮式双足机器人作为典型的欠驱动系统,强鲁棒性的动态稳定运动控制算法是其实现灵活运动的保障。本文根据轮式双足机器人的稳定运动需求,从运动控制系统的设计和平台搭建、机器人建模以及运动规划与控制算法等方面开展研究,主要研究内容和创新工作如下:1.完成轮式双足机器人的硬件系统设计和样机平台集成。针对轮式双足机器人的灵活运动需求,设计了机器人的结构构型、自由度数目、整体尺寸以及关节执行器的布置等;针对机器人的控制需求,设计了高稳定性和实时性的运动控制系统,并分别对运动控制器、姿态信息传感器以及轮毂电机驱动器进行了硬件设计,建立各执行器与运动控制器之间信号交互通道,并完成了轮式双足机器人物理样机平台集成。2.建立轮式双足机器人的运动学和动力学模型。通过分析机器人的正逆运动学,解算出质心位置坐标,并建立躯干位姿与各关节角度间的映射;提出了单轮腿动力学建模方法,分析出连杆间的相互作用力和力矩以及关节驱动力矩之间的关系,实现了髋关节输出力与关节力矩的完全映射,为轮式双足机器人运动控制奠定了基础。3.设计基于倒立摆模型的轮式双足机器人运动控制方法。首先,在轮式双足机器人质心位置坐标已知的情况下,把轮上部分看作一个整体,将轮式双足机器人简化为轮式倒立摆模型;其次,基于倒立摆模型设计了平衡速度控制器和转向控制器;然后,在仿真样机和样机平台上,完成了速度跟随实验、转向跟随实验、变躯干高度实验,实现了机器人的全方位运动。4.提出基于全身规划的运动控制算法。基于机器人的简化动力学模型,建立以躯干位姿为任务的全身雅可比矩阵,提出基于全身规划的运动控制算法,实现对髋关节、膝关节和踝关节统一的规划和控制。开展了连续过单边桥、离心力补偿转弯、坡面转弯仿真实验以及地形适应样机实验,提高了机器人的整体稳定性和地形适应能力,验证了该运动控制算法的有效性。