六自由度雙足競步機器人的結構設計及軌跡跟蹤.pdf

1、雙足競步機器人的研究推動了機器人產業(yè)的進步及相關學科的發(fā)展，并且提高了人類的生活水平。本文對六自由度雙足競步機器人的機械結構、運動學、動力學建模、步態(tài)軌跡及其軌跡跟蹤控制系統(tǒng)進行了研究。
　　首先，對機器人的材料、驅動進行選擇。機器人的髖關節(jié)、膝關節(jié)、踝關節(jié)各配置1個自由度。利用Autocad和Pro-E繪圖軟件對機器人的髖部平臺機構、腳部機構及四種連接件進行二維和三維的設計，并在Pro-E軟件下完成機器人的虛擬裝配。
　　

2、其次，根據六自由度雙足競步機器人的結構特點，利用廣義坐標法建立能反映其運動學和動力學特性的五連桿模型，得到機器人各個關節(jié)角的時間函數。在此基礎上，利用拉格朗日動力學方程法，得到便于其軌跡跟蹤控制研究的動力學模型，為后續(xù)控制系統(tǒng)的設計提供便利。
　　再次，結合六自由度雙足競步機器人實際步行情況，基于 ZMP理論，給出機器人步態(tài)規(guī)劃的穩(wěn)定性判斷依據。選取機器人步行過程中，擺動腳離地、抬腿最高處、擺動腳與地面接觸三個時刻作為其步行過程中

3、三個重要的姿態(tài)點，對其進行三點式規(guī)劃。并通過幾何約束和速度、加速度約束，對機器人前向直線運動和前向轉彎運動的擺動腿踝關節(jié)和髖關節(jié)進行步態(tài)軌跡規(guī)劃，再將所規(guī)劃的直線運動下的軌跡代入到機器人逆運動學方程和 ZMP公式中，得到機器人各個關節(jié)角的軌跡曲線和 ZMP軌跡曲線。通過分析 ZMP軌跡曲線，判斷機器人在步行過程中是否達到穩(wěn)定。利用 Matlab軟件中的Simulink模塊進行仿真實驗，獲得各個關節(jié)角的軌跡曲線，并驗證其合理性，從而為后文