雙足機(jī)器人快速在線步態(tài)切換及其實(shí)驗(yàn).pdf

1、雙足機(jī)器人由于其靈活的移動(dòng)方式以及優(yōu)秀的環(huán)境適應(yīng)能力，在醫(yī)療保健、安防監(jiān)控、家居服務(wù)、影視娛樂(lè)等方面具有廣闊的應(yīng)用前景，也推動(dòng)了多學(xué)科交叉的發(fā)展，因而雙足機(jī)器人的研究也成了國(guó)內(nèi)外學(xué)者們近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。雙足機(jī)器人的研究主要包括動(dòng)力學(xué)建模、步態(tài)規(guī)劃以及穩(wěn)定性控制等。其中，雙足機(jī)器人的步態(tài)規(guī)劃直接關(guān)系到步態(tài)的穩(wěn)定性以及能效等重要指標(biāo)。目前，大多數(shù)步態(tài)規(guī)劃仍局限于循環(huán)的單一步態(tài)，且不同步態(tài)之間尚缺乏有效的平滑銜接，難以發(fā)揮其靈活性和適應(yīng)性能力

2、。為此，本文提出了一種能夠支持在線步態(tài)切換的步態(tài)規(guī)劃方法，并通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)兩方面驗(yàn)證了在線步態(tài)切換的可行性，主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.針對(duì)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)建立了雙足機(jī)器人的十一連桿模型，基于D-H法對(duì)雙足機(jī)器人各關(guān)節(jié)關(guān)系進(jìn)行了描述，采用擬解耦的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型進(jìn)行了正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解，為雙足機(jī)器人的步態(tài)規(guī)劃、步態(tài)切換和穩(wěn)定性控制奠定了基礎(chǔ);
　　2.提出了基于函數(shù)擬合關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)軌跡的快速步態(tài)規(guī)劃方法，通過(guò)幾何分析和對(duì)冗余自由度約束的添加，建

3、立了步行參數(shù)和其他幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)之間的關(guān)系，通過(guò)簡(jiǎn)諧函數(shù)擬合各關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)軌跡，進(jìn)一步完成含不同步長(zhǎng)或不同步行周期之間切換功能的步態(tài)規(guī)劃;
　　3.針對(duì)具有步態(tài)切換功能的步態(tài)規(guī)劃，提出了基于參數(shù)優(yōu)化的穩(wěn)定性控制方法，對(duì)單質(zhì)點(diǎn)模型和多質(zhì)點(diǎn)模型進(jìn)行了穩(wěn)定性分析，討論了軀干位姿對(duì)穩(wěn)定性的影響，基于ZMP穩(wěn)定性判據(jù)建立了穩(wěn)定裕度和穩(wěn)定性控制參數(shù)之間的關(guān)系，并采用模式搜索法優(yōu)化步態(tài)規(guī)劃的關(guān)鍵參數(shù)以達(dá)到最大穩(wěn)定裕度，提高穩(wěn)定行走能力;