人形机器人是集感知能力、学习思考能力、交互能力、运动能力等等于一身的一种高度智能化的类人机器人。尽管当前的机器人技术还不足以使得人形机器人具有如此类似人类的各种能力,但是随着机器人技术逐渐走向成熟并渗透到人们生活中的各大领域之后,人们对机器人的认识逐渐强化和提升,相信在不久的将来,高度智能化的人形机器人的存在将是一种必然趋势。当前,人形机器人的核心技术主要以美国、日本等国家最为领先。而我国由于对人形机器人的研究时间较短,因此相关的技术水平相对较薄弱,存在的一些问题主要有:控制系统复杂而导致机器人重量和成本的增加以及开发周期的延长,舵机系统的制造精度不够而导致机器人的稳定性较差,其中的一些精密元器件如电机、减速齿轮、微型控制板等依然需要长期依赖进口。所以,本课题就机器人的控制系统硬件和舵机系统的部分内容进行了分析及设计,并通过硬件系统测试验证了硬件系统设计的正确性及合理性。另一方面对机器人进行了正逆运动学上的分析及仿真,并提出了一种基于三维线性倒立摆和ZMP Preview控制器的组合步态规划方法,该方法可以使机器人的步态具有很好的鲁棒性和稳定性,解决了在单一步态规划方法下达不到期望步态的问题。论文的主要研究内容为:(1)人形机器人的控制系统硬件设计本文中的人形机器人采用了双控制器作为其控制系统硬件架构,主控制器为PICO-CV01工业主板,从控制器为CM740舵机控制板。其中对主控制器和摄像头进行了硬件上的选型,并对舵机控制板进行了硬件电路设计,包括最小系统设计、通信模块设计、传感器模块设计、语音模块设计。最后设计并绘制了舵机控制板的PCB。(2)人形机器人的舵机系统设计舵机作为人形机器人的关节,承担了人形机器人运动、行走的重任。人形机器人是一个自由度较多且内部结构相对复杂的系统,所以舵机的选型及设计将很大程度地决定人形机器人运动控制的精度和稳定性。本课题选择了韩国ROBOTIS公司生产的DYNAMIXEL系列MX-28T数字舵机作为人形机器人的驱动器,并对舵机的校准及ID配置、通信及指令方面进行了设计,最后通过三种不同的方式实现了对舵机的控制。(3)人形机器人的运动学及步态仿真设计在人形机器人硬件系统设计完成并且测试通过之后,设计了3D人形机器人的机械结构,然后对人形机器人在运动学及步态仿真上进行了深入研究。首先搭建了Matlab下的人形机器人的模型,然后分别进行了正逆运动学仿真,最后使用了三维线性倒立摆和ZMP Preview控制器的组合步态规划方法实现了在Matlab环境下的步态规划及仿真。通过对人形机器人的硬件系统部分模块进行测试,验证了系统的硬件相应模块均工作正常,硬件系统设计符合要求,设计的通信协议可靠。再通过Matlab对机器人进行了运动学及步态上的仿真,为机器人的软件控制及仿真打下了一定的基础。因此,对本课题的研究及学习在整个机器人的软硬件层面上将具有一定的理论参考价值和实际应用价值。