載人兩足步行椅機器人步態(tài)穩(wěn)定性分析與控制策略.pdf

1、近年來，助老助殘的服務機器人研究迅速發(fā)展，取得了顯著的成就。其中載人兩足步行機器人是研究的熱點之一。載人兩足步行機器人的研究與應用為下肢殘疾人提供了一種新的選擇，與傳統(tǒng)的輪椅相比較，其對活動空間環(huán)境的適應力更強，比如能夠更好的實現上下樓梯和傾斜路面的行走。載人兩足步行機器人具有安全性要求高、載荷大以及乘客運動干擾不可控等特點，因此其步態(tài)穩(wěn)定性要求比傳統(tǒng)的非載人兩足步行機器人要求更高。要完成安全穩(wěn)定的載人行走任務，就必須提取乘客的有效信息

2、，分析人體的能動性(即干擾)對載人兩足步行機器人系統(tǒng)步態(tài)穩(wěn)定性的影響，這是保證載人步行系統(tǒng)絕對安全的必要條件。
　　 基于現有的兩足機器人及其步態(tài)穩(wěn)定性研究的基礎，以一種12自由度的載人兩足步行椅機器人JWCR為平臺，進行了載人兩足步行椅機器人步態(tài)穩(wěn)定的分析與仿真實驗。引入“人在環(huán)中”系統(tǒng)的概念，即系統(tǒng)中子操控人員根據從設備和環(huán)境中獲得的信息做出判斷，控制設備完成運動任務，同時系統(tǒng)考慮子操控人員對設備運動的干擾，從而對控制信號進

3、行實時反饋和修正的系統(tǒng)?？紤]到乘客對機器人步態(tài)穩(wěn)定的影響，對機器人數學建模、步態(tài)規(guī)劃、穩(wěn)定性分析以及步態(tài)實時控制策略進行了研究。主要的研究內容包括以下幾個方面。
　　 1)介紹了載人兩足步行椅機器JWCR的主要特點：關節(jié)采用結構緊湊、計算簡便的正交型結構；膝關節(jié)附設自鎖裝置；坐墊下增設了被動懸掛式減震裝置；增設了主被動安全保護裝置。
　　 2)對載人兩足步行椅機器人正運動模型和逆運動模型進行了分析。考慮到這是一個“人在環(huán)

4、中”的系統(tǒng)，首先建立了步態(tài)規(guī)劃的前向運動八連桿模型和側向運動六連桿模型，并應用拉格朗日方程建立了步行椅機器人的動力學模型。
　　 3)基于零力矩點(ZMP)判據對“人在環(huán)中”的兩足步行椅機器人的步態(tài)進行了規(guī)劃，并分析了步態(tài)的穩(wěn)定性，包括起步、中步和停步階段的前向和側向步態(tài)。對步行椅機器人的離散步態(tài)進行了matlab仿真實驗。實驗結果證明所提出的規(guī)劃方法是合理可行的。
　　 4)研究分析了作為干擾源的乘客其波動參數對步行椅