基于ZMP的雙足機(jī)器人動(dòng)態(tài)步行控制研究.pdf

1、雙足步行機(jī)器人是真正字面意義上或狹義的“機(jī)器人”，其研究和發(fā)展代表了機(jī)器人學(xué)的尖端水平。其中最重要的概念是零力矩點(diǎn)(Zero-MomentPoint，簡(jiǎn)記ZMP)。本文基于雙足步行機(jī)器人ZMP控制與動(dòng)力學(xué)模型，取得了以下主要的研究成果： 首先，本文分析了雙足機(jī)器人動(dòng)態(tài)步行過(guò)程的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征。即分析雙足步行機(jī)器人連桿的位置和姿態(tài)與各個(gè)關(guān)節(jié)角之間的關(guān)系。包含雙足機(jī)器人動(dòng)態(tài)步行的正運(yùn)動(dòng)學(xué)與逆運(yùn)動(dòng)學(xué)特性。其中，針對(duì)雙足步行機(jī)器人的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)

2、問(wèn)題，使用了解析法與數(shù)值法進(jìn)行求解，并對(duì)上述兩種方法進(jìn)行了對(duì)比。 其次，在針對(duì)雙足機(jī)器人動(dòng)態(tài)步行過(guò)程運(yùn)動(dòng)學(xué)特性的分析基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出雙足步行機(jī)器人零力矩點(diǎn)(ZMP)的計(jì)算公式，該公式稱為ZMP基本方程。ZMP基本方程描述了機(jī)器人ZMP與機(jī)器人質(zhì)心之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，使用拉格朗日方法建立了雙足步行機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型，其中包括單腳支撐階段與雙腳支撐階段的動(dòng)力學(xué)模型。為了方便得到雙足步行機(jī)器人的步行模式，使用桌子——小車模型模擬機(jī)器

3、人動(dòng)態(tài)步行。使用該等效模型與ZMP基本方程，本文設(shè)計(jì)了基于ZMP的雙足機(jī)器人動(dòng)態(tài)步行模式生成算法。生成步行模式之后，將機(jī)器人關(guān)節(jié)角時(shí)間序列帶入機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算，可以得到關(guān)節(jié)力矩時(shí)間序列。關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器按照力矩時(shí)間序列控制關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)步行。但是，考慮到數(shù)值計(jì)算等因素導(dǎo)致的誤差累計(jì)，本文同時(shí)基于桌子——小車模型設(shè)計(jì)了動(dòng)態(tài)步行穩(wěn)定控制器，該控制器的作用是通過(guò)修正期望ZMP軌跡調(diào)節(jié)機(jī)器人軀干的傾斜角度。 最后，基于本文所設(shè)計(jì)的雙