基于虛擬樣機的小型仿人機器人步態(tài)規(guī)劃與步行控制研究.pdf

1、仿人機器人指具有人的形狀、能夠適應人類現(xiàn)有生產生活環(huán)境、可以使用人所用的工具進行勞動的一類機器人，其在醫(yī)療、軍事、服務行業(yè)有著廣泛的應用前景，是近年控制領域研究的熱點。如何實現(xiàn)雙足步行穩(wěn)定是保證其“仿人”特性的基礎。本課題以小型仿人機器人虛擬樣機為對象，進行步態(tài)規(guī)劃與步行控制兩個方面的研究，主要做了以下工作：
　　 設計了機器人物理結構與幾何參數(shù)，為其下肢配置符合行走條件的自由度。選用Pro/E軟件對機器人連桿模塊進行裝配，隨后

2、導入ADAMS軟件中，對模型添加相應的約束、驅動與摩擦力，搭建出一個小型仿人機器人虛擬樣機模型。
　　 采用基于D-H矩陣法建立了仿人機器人正逆運動學模型，得到連桿姿態(tài)與關節(jié)角之間的關系；由Lagrange方程法建立了仿人機器人單足支撐期與雙足支撐期的運動學模型，獲得連桿運動與關節(jié)驅動力矩之間的關系。
　　 采用三點式規(guī)劃法、使用三次樣條插值函數(shù)對仿人機器人行走周期中的關鍵點進行插值，結合已求解出的運動學模型，推導出機器

3、人前向與側向隨時間變化時各關節(jié)角度的軌跡函數(shù)，通過ZMP判據(jù)驗證規(guī)劃結果符合動態(tài)步行穩(wěn)定性。利用ADAMS中的近似擬合曲線函數(shù)AKISPL，將規(guī)劃出的軌跡曲線導入關節(jié)驅動中，動力學仿真實驗表明此步態(tài)規(guī)劃方法有效。
　　 在MATLAB/Simulink工具箱中建立PID控制系統(tǒng)，以規(guī)劃出的機器人關節(jié)角度為控制目標進行聯(lián)合仿真，實現(xiàn)機器人步行運動的在線控制與優(yōu)化。數(shù)據(jù)結果顯示機器人步行系統(tǒng)添加了PID控制器后，對關節(jié)角的變化達到了