小型仿人機(jī)器人的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定步態(tài)規(guī)劃.pdf

1、不同于輪式、履帶式和多足式等機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定支撐，步行的穩(wěn)定性一直是雙足仿人步行機(jī)器人的主要技術(shù)難點(diǎn)，尤其是快速的動(dòng)態(tài)步行，對(duì)穩(wěn)定性提出了更高的要求。為了解決這一問題，除了要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理和控制系統(tǒng)優(yōu)良外，合理的步態(tài)規(guī)劃也是解決這一問題的關(guān)鍵。因此，步態(tài)規(guī)劃一直是仿人機(jī)器人的研究熱點(diǎn)之一。本文以已有的小型仿人機(jī)器人為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行了步態(tài)規(guī)劃的研究。首先，對(duì)仿人機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)建模方法進(jìn)行了研究，并結(jié)合機(jī)器人樣機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸、質(zhì)量和自由

2、度的配置，采用廣義坐標(biāo)法，在其前向和側(cè)向分別建立了運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，并進(jìn)行了正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解，為后續(xù)步態(tài)規(guī)劃奠定基礎(chǔ)。其次，以ZMP(零力矩點(diǎn))作為穩(wěn)定判據(jù)，對(duì)仿人機(jī)器人的動(dòng)態(tài)步行進(jìn)行了規(guī)劃。討論了仿人機(jī)器人行走時(shí)的穩(wěn)定性，并推導(dǎo)了ZMP坐標(biāo)的計(jì)算公式。對(duì)機(jī)器人行走時(shí)應(yīng)滿足的約束條件進(jìn)行了分析和說明，并采用基于三次樣條函數(shù)的五點(diǎn)式規(guī)劃法對(duì)動(dòng)態(tài)步行進(jìn)行了參數(shù)化設(shè)計(jì)，得到了具有靈活性和適應(yīng)性的步態(tài)。在此基礎(chǔ)上，利用Matlab遺傳算法工具箱，以ZM

3、P穩(wěn)定裕度最大和關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩最小作為優(yōu)化目標(biāo)，采用多目標(biāo)遺傳算法對(duì)步態(tài)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，并將優(yōu)化后的步態(tài)參數(shù)在Matlab和ADAMS中進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，仿真結(jié)果證明了本文所采用的規(guī)劃方法可以實(shí)現(xiàn)仿人機(jī)器人穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)步行。最后，在小型仿人機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行了機(jī)器人的動(dòng)態(tài)行走實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了物理樣機(jī)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定步行，從而進(jìn)一步證明了理論研究的正確性。此外，初步研究了仿人機(jī)器人完成俯臥撐等復(fù)雜動(dòng)作的規(guī)劃方法，并進(jìn)行了仿真和物理樣機(jī)實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的