人形機(jī)器人越障的步態(tài)規(guī)劃研究.pdf

1、機(jī)器人技術(shù)代表了機(jī)電一體化的最高成就，是二十世紀(jì)人類最偉大的成果之一。機(jī)器人中的兩足步行機(jī)器人雖然只有近四十年的歷史，但是由于它獨(dú)特的適應(yīng)性和擬人性，成為了機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展方向。近年來(lái)，外形跟人相似的人形機(jī)器人的研究更是發(fā)展迅速，也越來(lái)越具有人的特征。人形機(jī)器人模仿人類的行走方式，特別適合在人類的日常生活和工作中，與人友好協(xié)調(diào)地完成任務(wù)。
　　雙足步行，相較于其他移動(dòng)方式，是支撐腳離散、交替地接觸地面，可主動(dòng)選擇最佳支撐點(diǎn)

2、，因而受環(huán)境的限制少，具有更好的適應(yīng)性和更高的靈活性。這種優(yōu)越性在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境里表現(xiàn)尤為突出，這也是人形機(jī)器人得以被大力研究的原因。
　　然而，要使人形機(jī)器人真正能適應(yīng)非結(jié)構(gòu)化環(huán)境，在有障礙物的環(huán)境下行走，就不得不考慮機(jī)器人如何通過(guò)障礙，而不與障礙物發(fā)生碰撞?？梢圆扇∽寵C(jī)器人繞道而行的方式，避開(kāi)障礙物，這涉及到路徑規(guī)劃的問(wèn)題，已有許多人研究，本文不作討論。本文主要分析討論機(jī)器人如何采取跨越障礙物的方式，達(dá)到通過(guò)障礙的目的。

3、　　本文分析了實(shí)驗(yàn)室已有人形機(jī)器人樣機(jī)的結(jié)構(gòu)，測(cè)量并記錄了其各關(guān)節(jié)幾何參數(shù)。根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)理論，建立了樣機(jī)的數(shù)學(xué)模型。將機(jī)器人越障分為分步式越障和直接越障兩種方式，并通過(guò)對(duì)機(jī)器人結(jié)構(gòu)參數(shù)和障礙物環(huán)境的分析，分別討論了機(jī)器人在兩種越障方式下行走時(shí)的幾何約束條件——無(wú)碰撞約束。根據(jù)對(duì)機(jī)器人行走穩(wěn)定性的要求，分析討論了機(jī)器人的穩(wěn)定性約束，并闡述了靜態(tài)穩(wěn)定性及動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性相關(guān)概念。
　　論文重點(diǎn)討論了人形機(jī)器人越障時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃和關(guān)節(jié)

4、轉(zhuǎn)角的計(jì)算，對(duì)兩種越障方式下的行走步態(tài)作了詳細(xì)規(guī)劃。首先根據(jù)機(jī)器人行走過(guò)程中存在的幾何約束條件確定關(guān)鍵幀，然后采用三次樣條函數(shù)對(duì)關(guān)鍵幀插值，得到機(jī)器人腳端和質(zhì)心的運(yùn)動(dòng)軌跡，最后根據(jù)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程計(jì)算出下肢各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)軌跡?？紤]到上、下肢運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)性，對(duì)上肢的運(yùn)動(dòng)作了簡(jiǎn)單的規(guī)劃。論文對(duì)此步態(tài)規(guī)劃方法進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果表明這一方法是可行而且有效的。根據(jù)對(duì)機(jī)器人行走時(shí)的穩(wěn)定性要求，介紹了基于ZMP穩(wěn)定判據(jù)的遺傳算法步態(tài)優(yōu)化方法，用這種優(yōu)化方法