雙足機(jī)器人穩(wěn)定步態(tài)規(guī)劃及多機(jī)器人室內(nèi)自定位方法研究.pdf

1、隨著科技的發(fā)展和老齡社會(huì)的來(lái)臨，各種獨(dú)具特點(diǎn)的服務(wù)機(jī)器人正加速進(jìn)入我們的日常生活，雙足步行機(jī)器人因其與人類酷似的外形和運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)而備受青睞。不久的將來(lái)，雙足步行機(jī)器人必將作為一個(gè)個(gè)獨(dú)立的“人”，與人類朝夕相處，然而，美好憧憬與嚴(yán)峻挑戰(zhàn)并存，機(jī)器人時(shí)代還遠(yuǎn)未到來(lái),目前主要存在于文學(xué)作品和科幻電影中。本文針對(duì)室內(nèi)環(huán)境下雙足機(jī)器人穩(wěn)定行走與實(shí)時(shí)自定位的需求，開展了Nao機(jī)器人下肢運(yùn)動(dòng)學(xué)建模、雙足行走動(dòng)力學(xué)建模、雙足行走步態(tài)規(guī)劃及室內(nèi)環(huán)境下機(jī)器人

2、自定位與多機(jī)器人運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)等研究。
　　根據(jù)Nao機(jī)器人下肢關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)以及行走特點(diǎn)，建立了雙足步行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和動(dòng)力學(xué)模型，并基于ZMP理論和3D倒立擺模型,對(duì)雙足行走步態(tài)規(guī)劃方法進(jìn)行了研究。針對(duì)機(jī)器人單腿六自由度關(guān)節(jié)，通過將髖部非標(biāo)準(zhǔn)正交配置的連續(xù)三關(guān)節(jié)構(gòu)型轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)正交配置的關(guān)節(jié)構(gòu)型，實(shí)現(xiàn)了一種能大大簡(jiǎn)化封閉逆解求解過程的方法，為類似連續(xù)三關(guān)節(jié)軸線相交但不垂直的封閉逆運(yùn)動(dòng)學(xué)問題提供了一種通用的解決思路。通過分析人體步行時(shí)足底壓

3、力中心點(diǎn)CoP變化規(guī)律，提出了一種能夠?qū)崟r(shí)在線生成機(jī)器人沿任意方向穩(wěn)定行走(直步、側(cè)步、斜步、旋步)的雙足步態(tài)生成方法，該方法不像傳統(tǒng)的方法那樣通過預(yù)設(shè)全局的ZMP參考軌跡，并進(jìn)行復(fù)雜的傅里葉變換和拉普拉斯變化來(lái)生成離線步態(tài)，而是通過對(duì)一個(gè)完整單步周期進(jìn)行參數(shù)化建模，在大量減少運(yùn)算量的同時(shí)，還實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)在線步態(tài)規(guī)劃。最后通過仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)物樣機(jī)實(shí)驗(yàn)，對(duì)雙足步態(tài)規(guī)劃算法有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　針對(duì)Nao機(jī)器人室內(nèi)環(huán)境下實(shí)時(shí)自定位并進(jìn)行

4、自主導(dǎo)航的需求，通過對(duì)機(jī)器人自帶各種傳感器進(jìn)行綜合運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了一種基于人工地標(biāo)和2D相機(jī)的雙足機(jī)器人室內(nèi)自定位算法，在不借助任何外部輔助設(shè)備的情況下實(shí)現(xiàn)了一定范圍內(nèi)精度較高的機(jī)器人自定位?；谧远ㄎ凰惴?，以及路徑規(guī)劃和步態(tài)規(guī)劃結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了單個(gè)機(jī)器人室內(nèi)環(huán)境下自主導(dǎo)航，并借助于聲吶傳感器，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)避障?；趩蝹€(gè)機(jī)器人自主避障與導(dǎo)航，制定多機(jī)器人通訊與運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)機(jī)器人室內(nèi)環(huán)境下隊(duì)形編隊(duì)與避障導(dǎo)航，并通過多機(jī)器人綜合實(shí)驗(yàn)對(duì)自定