小型仿人机器人在科普教育中扮演着重要角色,机器人的舞蹈表演以寓教于乐的方式引导观众对机器人技术进行思考与探索。在控制领域中,机器人的稳定控制问题备受关注,其发展程度直接影响仿人机器人的应用前景。机器人的舞蹈包括静态准备阶段和动态舞蹈阶段,目前,小型仿人机器人的静态准备阶段的抗干扰性较弱,当受到外界干扰时缺乏姿态调整策略,并且舞蹈稳定性的提升主要依赖示教再现的方式手动调整,缺乏自主性。因此,本文以小型仿人机器人为研究平台,研究机器人的稳定控制系统,提升机器人的抗干扰能力和舞蹈的稳定性,具有良好的实际意义和应用价值。首先,针对小型仿人机器人稳定控制的需求,合理利用机器人内部空间,设计包含控制器、驱动电机、通讯模块、传感器在内的控制系统;针对机器人结构复杂、重心难以直接测量的问题,本文设计了机器人的重心测量系统,结合重心测量平台和运动学模型,计算机器人重心的位置,用于机器人的稳定性估计与姿态控制,设计了机器人的直立姿态稳定控制系统。然后,针对机器人抗扰动能力不足的问题,本文提出了基于惯性传感器的抗扰动控制策略。为了克服陀螺仪和加速度计的缺陷,采用卡尔曼滤波算法进行数据融合,获取更加准确的机器人姿态信息,并将此信息用于机器人的抗干扰控制中,提升了机器人的鲁棒性。然后,针对机器人舞蹈阶段稳定性提升的问题,本文提出了基于ZMP的舞蹈稳定控制策略,将ZMP稳定判据和机器人的姿态控制相结合,设计机器人的舞蹈稳定控制系统,通过机器人的自主平衡控制,提升了机器人在动态舞蹈阶段的稳定性,优化了机器人舞蹈的设计流程。最后,通过实验验证了本文所述方案能够有效提升小型仿人机器人的稳定性,为机器人舞蹈的稳定控制提供了解决方案。