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

1、仿人機(jī)器人指具有人的形狀、能夠適應(yīng)人類現(xiàn)有生產(chǎn)生活環(huán)境、可以使用人所用的工具進(jìn)行勞動(dòng)的一類機(jī)器人，其在醫(yī)療、軍事、服務(wù)行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用前景，是近年控制領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。如何實(shí)現(xiàn)雙足步行穩(wěn)定是保證其“仿人”特性的基礎(chǔ)。本課題以小型仿人機(jī)器人虛擬樣機(jī)為對(duì)象，進(jìn)行步態(tài)規(guī)劃與步行控制兩個(gè)方面的研究，主要做了以下工作：
　　 設(shè)計(jì)了機(jī)器人物理結(jié)構(gòu)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(duì)機(jī)器人連桿模塊進(jìn)行裝配，隨后

2、導(dǎo)入ADAMS軟件中，對(duì)模型添加相應(yīng)的約束、驅(qū)動(dòng)與摩擦力，搭建出一個(gè)小型仿人機(jī)器人虛擬樣機(jī)模型。
　　 采用基于D-H矩陣法建立了仿人機(jī)器人正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，得到連桿姿態(tài)與關(guān)節(jié)角之間的關(guān)系；由Lagrange方程法建立了仿人機(jī)器人單足支撐期與雙足支撐期的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，獲得連桿運(yùn)動(dòng)與關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩之間的關(guān)系。
　　 采用三點(diǎn)式規(guī)劃法、使用三次樣條插值函數(shù)對(duì)仿人機(jī)器人行走周期中的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行插值，結(jié)合已求解出的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，推導(dǎo)出機(jī)器

3、人前向與側(cè)向隨時(shí)間變化時(shí)各關(guān)節(jié)角度的軌跡函數(shù)，通過(guò)ZMP判據(jù)驗(yàn)證規(guī)劃結(jié)果符合動(dòng)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(dǎo)入關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)中，動(dòng)力學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)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(jī)器人關(guān)節(jié)角度為控制目標(biāo)進(jìn)行聯(lián)合仿真，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人步行運(yùn)動(dòng)的在線控制與優(yōu)化。數(shù)據(jù)結(jié)果顯示機(jī)器人步行系統(tǒng)添加了PID控制器后，對(duì)關(guān)節(jié)角的變化達(dá)到了