ZMP算法的四足步行機(jī)器人的步態(tài)規(guī)劃與平衡控制.pdf

1、四足步行機(jī)器人與輪式、爬行式和履帶式等移動(dòng)機(jī)器人相比，有著更好的環(huán)境適應(yīng)性，國內(nèi)外研究者們已針對凹足步行機(jī)器人的穩(wěn)定行走問題進(jìn)行了大量研究。本文重點(diǎn)研究了三個(gè)問題，即：四足步行機(jī)器人下肢的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型的建立；機(jī)器人的步態(tài)規(guī)劃與仿真；機(jī)器人模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真。論文主要工作如下：
　　 首先分析四足步行機(jī)器人結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對自由度配置和本體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)；在桿件坐標(biāo)系下，基于齊次坐標(biāo)變換理論對四足步行機(jī)器人進(jìn)行了正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的建

2、模，為后續(xù)的步態(tài)規(guī)劃奠定基礎(chǔ)；運(yùn)用拉格朗日動(dòng)力學(xué)方程對簡化的機(jī)器人模型在單腳支撐狀態(tài)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)建模，得到了一個(gè)用于控制的動(dòng)力學(xué)模型。
　　 其次分析四足步行機(jī)器人步態(tài)規(guī)劃的基本原則和方法，步態(tài)控制方法采用基于模型的方法，分為3部分：身體姿態(tài)控制、步態(tài)控制和足部軌跡控制．由于機(jī)器人腿部關(guān)節(jié)剛性不夠和足部打滑等因素的影響，在足部軌跡控制中運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)劃的軌跡與實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡不相符，使機(jī)器人無法準(zhǔn)確按照預(yù)先設(shè)計(jì)的方式運(yùn)動(dòng)。因此，在足部軌跡

3、控制中引入零力矩點(diǎn)(ZeroMomentPoint,ZMP)跡規(guī)劃方法。使用ZMP軌跡規(guī)劃方法的目的是為機(jī)器人規(guī)劃在地面支撐相時(shí)足部相對于軀體的運(yùn)動(dòng)軌跡.在支撐多邊形內(nèi)規(guī)劃ZMP軌跡，可以從中找到機(jī)器人最佳行走步態(tài)。
　　 最后，四足步行機(jī)器人的動(dòng)態(tài)平衡過程中，最重要的就是控制其ZMP點(diǎn)保持于穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)以維持平衡，而傳統(tǒng)的ZMP推算過程復(fù)雜計(jì)算繁瑣，要求知道當(dāng)前機(jī)器人正在運(yùn)動(dòng)中的每個(gè)部件的位置向量、速度向量與加速度向量等。本文提