Nao仿人機器人站立狀態(tài)平衡控制研究.pdf

1、雙足步行機器人是一種以人類為模板的智能機器人，能夠適應(yīng)人類的生活環(huán)境，因此有很多優(yōu)勢，但因其非線性的運動方式，高自由度，關(guān)節(jié)的耦合性，以及較小的支撐區(qū)域等致使雙足機器人的平衡控制是一個非常復(fù)雜的內(nèi)容。在以往的機器人研究中主要是進行行走規(guī)劃和步態(tài)控制，本文內(nèi)容以機器人直立狀態(tài)為對象，重點研究機器人在站立狀態(tài)的平衡控制策略。
　　本文以Nao機器人為研究對象，針對外部作用力的不同，根據(jù)前人的研究成果，分別采用踝關(guān)節(jié)策略、髖關(guān)節(jié)策略和邁

2、步策略實現(xiàn)機器人的平衡控制。對于踝關(guān)節(jié)策略，由線性倒立擺模型得出了穩(wěn)定區(qū)域，通過踝關(guān)節(jié)的力矩控制實現(xiàn)了平衡維持和狀態(tài)恢復(fù);對于髖關(guān)節(jié)策略，由飛輪倒立擺模型得出了適用于髖關(guān)節(jié)策略的穩(wěn)定區(qū)域。在髖關(guān)節(jié)策略平衡控制實現(xiàn)過程中，采用反應(yīng)零空間方式RNS(Reaction Null Space)的方法實現(xiàn)了機器人的平衡控制和狀態(tài)恢復(fù);另外，通過結(jié)合踝關(guān)節(jié)策略和髖關(guān)節(jié)策略實現(xiàn)了抬腿策略的平衡控制方法;對于邁步策略，通過單倒立擺模型和踝關(guān)節(jié)的力矩控制

3、方法得出了邁步策略的啟動條件。在邁步策略實現(xiàn)過程，結(jié)合線性倒立擺模型、雙支撐倒立擺模型和飛輪倒立擺模型得出了捕獲點的位置，并采用逆運動學方法實現(xiàn)了邁步動作。在邁步動作基礎(chǔ)上，通過人為設(shè)定捕獲點位置，初步實現(xiàn)了行走規(guī)劃。這三種控制策略模仿人類應(yīng)對外部作用力的情形，理論上通過三種控制策略的結(jié)合可以抵抗任意大小的外部擾動力。
　　本文的創(chuàng)造性工作在于本文合理的利用Nao機器人的剛度控制，將一些控制策略應(yīng)用到Nao機器人，并對各個策略的穩(wěn)