基于重心的雙足步行機(jī)器人步態(tài)規(guī)劃及穩(wěn)定性控制設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、雙足步行機(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(duì)雙足步行機(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：雙足步行機(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： 首先分析雙足步行機(jī)器人結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)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(duì)雙足步行機(jī)器人進(jìn)行了正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的建模，為

2、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(duì)簡化的機(jī)器人模型分別在單、雙腳支撐期進(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。 然后分析雙足步行機(jī)器人步態(tài)規(guī)劃的基本原則和方法，確定采用基于重心的的模仿法對(duì)機(jī)器人靜態(tài)步行進(jìn)行步態(tài)規(guī)劃。 分析傳統(tǒng)兩步規(guī)劃法的不足，對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，使機(jī)器人步態(tài)更加靈活和穩(wěn)定。針對(duì)行走的三種步態(tài)分別建立運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，將機(jī)器人行走姿態(tài)及軌跡轉(zhuǎn)化為關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角曲線，基于MATLAB對(duì)規(guī)劃出的結(jié)果進(jìn)行了計(jì)算

3、機(jī)仿真，表明了規(guī)劃的合理性與有效性。提出雙足步行機(jī)器人的ZMP穩(wěn)定性判據(jù)，并以此為依據(jù)對(duì)已規(guī)劃的步態(tài)進(jìn)行誤差分析，對(duì)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)曲線進(jìn)行修正，消除了由于前向運(yùn)動(dòng)和側(cè)向運(yùn)動(dòng)同時(shí)進(jìn)行而產(chǎn)生的耦合，在保證步行穩(wěn)定的前提下，使機(jī)器入運(yùn)動(dòng)更加流暢。 最后簡要介紹模糊控制的相關(guān)理論，通過對(duì)ZMP點(diǎn)的分析，指出ZMP點(diǎn)趨于支撐面的中心，則機(jī)器人更加穩(wěn)定，而機(jī)器人的踝關(guān)節(jié)對(duì)ZMP點(diǎn)的位置起調(diào)節(jié)作用，以左踝關(guān)節(jié)為例，根據(jù)模糊理論，設(shè)計(jì)出機(jī)器人穩(wěn)定性模