基于重心的雙足步行機器人步態(tài)規(guī)劃及穩(wěn)定性控制設(shè)計與研究.pdf

1、雙足步行機器人與輪式、爬行式和履帶式等移動機器人相比，有著更好的環(huán)境適應(yīng)性，國內(nèi)外研究者們已針對雙足步行機器人的穩(wěn)定行走問題進行了大量研究。本文重點研究了三個問題，即：雙足步行機器人下肢的運動學(xué)和動力學(xué)模型的建立；機器人的步態(tài)規(guī)劃與仿真；機器人模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真。論文主要工作如下： 首先分析雙足步行機器人結(jié)構(gòu)特點，對自由度配置和本體結(jié)構(gòu)進行設(shè)計；在桿件坐標(biāo)系下，基于齊次坐標(biāo)變換理論對雙足步行機器人進行了正逆運動學(xué)的建模，為

2、后續(xù)的步態(tài)規(guī)劃奠定基礎(chǔ)；運用拉格朗日動力學(xué)方程對簡化的機器人模型分別在單、雙腳支撐期進行了動力學(xué)建模，得到了一個用于控制的動力學(xué)模型。 然后分析雙足步行機器人步態(tài)規(guī)劃的基本原則和方法，確定采用基于重心的的模仿法對機器人靜態(tài)步行進行步態(tài)規(guī)劃。 分析傳統(tǒng)兩步規(guī)劃法的不足，對其進行改進，使機器人步態(tài)更加靈活和穩(wěn)定。針對行走的三種步態(tài)分別建立運動學(xué)方程，將機器人行走姿態(tài)及軌跡轉(zhuǎn)化為關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角曲線，基于MATLAB對規(guī)劃出的結(jié)果進行了計算

3、機仿真，表明了規(guī)劃的合理性與有效性。提出雙足步行機器人的ZMP穩(wěn)定性判據(jù)，并以此為依據(jù)對已規(guī)劃的步態(tài)進行誤差分析，對關(guān)節(jié)運動曲線進行修正，消除了由于前向運動和側(cè)向運動同時進行而產(chǎn)生的耦合，在保證步行穩(wěn)定的前提下，使機器入運動更加流暢。 最后簡要介紹模糊控制的相關(guān)理論，通過對ZMP點的分析，指出ZMP點趨于支撐面的中心，則機器人更加穩(wěn)定，而機器人的踝關(guān)節(jié)對ZMP點的位置起調(diào)節(jié)作用，以左踝關(guān)節(jié)為例，根據(jù)模糊理論，設(shè)計出機器人穩(wěn)定性模