雙足機器人步態(tài)規(guī)劃及動態(tài)穩(wěn)定性研究.pdf

1、仿人機器人是機器人研究領域最高研究成果的代表。它是一門高度交叉的學科，它廣泛涉及機械學、電子學、計算機科學、自動控制工程、人工智能、仿生學等多個領域，是目前科學研究最活躍的領域之一。與輪式、履帶式和多足式等機器人運動時的穩(wěn)定支撐不同，步行的穩(wěn)定性一直是雙足步行機器人所要解決的主要技術難點，尤其是快速的動態(tài)步行，對穩(wěn)定性提出了很高的要求。為了解決這一問題，除了結構設計要合理和控制系統(tǒng)優(yōu)良外，合理的步態(tài)規(guī)劃對于解決這一問題顯得尤為關鍵。因此

2、，步態(tài)規(guī)劃一直是仿人機器人的研究熱點之一。本文以上屆學長已設計好機構的雙足機器人為研究對象，對其進行了步態(tài)規(guī)劃的研究。
　　首先，對雙足機器人的運動規(guī)劃進行了研究，并分別對路徑規(guī)劃方法和步態(tài)規(guī)劃方法進行詳細講述。在對靜態(tài)步行和動態(tài)步行進行分析之后，對雙足機器人步行穩(wěn)定性控制的關鍵ZMP（零力矩點）理論進行了研究，為后面章節(jié)的規(guī)劃做好準備。同時對于雙足機器人兩種主要的步行生成模式進行了研究和討論，選擇了基于線性倒立擺模型的步行生成模

3、式。
　　然后，結合設計好的機器人樣機的結構尺寸、質(zhì)量和自由度的配置對仿人機器人的運動學建模方法進行了研究，將雙足機器人的運動解耦為前向運動和側向運動并建立了運動學模型，采用廣義坐標法，進行了正逆運動學求解，為后來的步態(tài)規(guī)劃奠定基礎。在運動學建模的基礎上，基于拉格朗日動力學方程進行機器人的動力學建模，該建模方法在求得各關節(jié)角變化信息后可以方便地分析各關節(jié)所需的驅(qū)動力矩，作為動力學分析和機器人電機選型的依據(jù)。
　　最后，基于Z

4、MP穩(wěn)定性判據(jù)采用三次樣條函數(shù)對機器人進行了完整的步態(tài)規(guī)劃，并將規(guī)劃重點放在周期性的正常行走階段。采用更為接近人類步行的改進的兩步規(guī)劃法，使得運動更加流暢自然。在一些合理假設和約束條件下，對機器人的踝關節(jié)，髖關節(jié)的前向和側向運動的關鍵點進行了周期性參數(shù)化，力求得到有較大穩(wěn)定裕度的規(guī)劃結果，以保證規(guī)劃的良好穩(wěn)定性。為了驗證步態(tài)規(guī)劃的周期性和準確性，需要通過以上規(guī)劃得出各個關節(jié)轉(zhuǎn)角和其一階、二階導數(shù)的變化情況。進而代入動力學方程求得各個關節(jié)