雙足機器人快速在線步態(tài)切換及其實驗.pdf

1、雙足機器人由于其靈活的移動方式以及優(yōu)秀的環(huán)境適應能力，在醫(yī)療保健、安防監(jiān)控、家居服務、影視娛樂等方面具有廣闊的應用前景，也推動了多學科交叉的發(fā)展，因而雙足機器人的研究也成了國內(nèi)外學者們近年來的研究熱點。雙足機器人的研究主要包括動力學建模、步態(tài)規(guī)劃以及穩(wěn)定性控制等。其中，雙足機器人的步態(tài)規(guī)劃直接關系到步態(tài)的穩(wěn)定性以及能效等重要指標。目前，大多數(shù)步態(tài)規(guī)劃仍局限于循環(huán)的單一步態(tài)，且不同步態(tài)之間尚缺乏有效的平滑銜接，難以發(fā)揮其靈活性和適應性能力

2、。為此，本文提出了一種能夠支持在線步態(tài)切換的步態(tài)規(guī)劃方法，并通過仿真和實驗兩方面驗證了在線步態(tài)切換的可行性，主要研究內(nèi)容如下:
　　1.針對實驗樣機建立了雙足機器人的十一連桿模型，基于D-H法對雙足機器人各關節(jié)關系進行了描述，采用擬解耦的運動學模型進行了正、逆運動學求解，為雙足機器人的步態(tài)規(guī)劃、步態(tài)切換和穩(wěn)定性控制奠定了基礎;
　　2.提出了基于函數(shù)擬合關節(jié)轉(zhuǎn)動軌跡的快速步態(tài)規(guī)劃方法，通過幾何分析和對冗余自由度約束的添加，建

3、立了步行參數(shù)和其他幾個關鍵參數(shù)之間的關系，通過簡諧函數(shù)擬合各關節(jié)的轉(zhuǎn)動軌跡，進一步完成含不同步長或不同步行周期之間切換功能的步態(tài)規(guī)劃;
　　3.針對具有步態(tài)切換功能的步態(tài)規(guī)劃，提出了基于參數(shù)優(yōu)化的穩(wěn)定性控制方法，對單質(zhì)點模型和多質(zhì)點模型進行了穩(wěn)定性分析，討論了軀干位姿對穩(wěn)定性的影響，基于ZMP穩(wěn)定性判據(jù)建立了穩(wěn)定裕度和穩(wěn)定性控制參數(shù)之間的關系，并采用模式搜索法優(yōu)化步態(tài)規(guī)劃的關鍵參數(shù)以達到最大穩(wěn)定裕度，提高穩(wěn)定行走能力;