仿人足球機(jī)器人步態(tài)規(guī)劃研究.pdf

1、仿人機(jī)器人是機(jī)器人領(lǐng)域一個(gè)非常具有挑戰(zhàn)性的研究方向，它涉及機(jī)器人學(xué)、人工智能、自動(dòng)控制等多個(gè)領(lǐng)域。作為仿人機(jī)器人的一個(gè)顯著特點(diǎn)就是能實(shí)現(xiàn)雙足步行，因此規(guī)劃穩(wěn)定、快速的行走步態(tài)已經(jīng)成為了仿人機(jī)器人研究的一個(gè)熱點(diǎn)。本文以小型仿人足球機(jī)器人為研究對(duì)象，根據(jù)仿人足球機(jī)器人本身的硬件特性和機(jī)器人足球比賽的特點(diǎn)，對(duì)機(jī)器人步態(tài)進(jìn)行規(guī)劃仿真，最終將規(guī)劃的步態(tài)在仿人足球機(jī)器人上進(jìn)行驗(yàn)證。
　　本文主要研究工作如下:
　　1.采用三次樣條插值和

2、高次多項(xiàng)式插值算法規(guī)劃步態(tài)。首先根據(jù)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特性建立了七連桿模型。接著分析了仿人足球機(jī)器人一個(gè)完整步行周期的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，將其分成起步、周期行走、止步三個(gè)階段研究。然后根據(jù)步行過(guò)程中髖關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)不同的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，分別采用三次樣條插值與高次多項(xiàng)式插值進(jìn)行軌跡插值。最后利用空間幾何關(guān)系推導(dǎo)了膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)軌跡。
　　2.利用遺傳算法對(duì)步態(tài)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到穩(wěn)定裕度最大的行走步態(tài)。討論了機(jī)器人穩(wěn)定行走的ZMP(Zero Moment Po

3、int)判據(jù)，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)造了步態(tài)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)。最后采用遺傳算法優(yōu)化髖關(guān)節(jié)的位置參數(shù)，得到了仿人足球機(jī)器人一個(gè)步行周期內(nèi)ZMP穩(wěn)定裕度最大的步態(tài)。
　　3.在ADAMS中進(jìn)行虛擬樣機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)。首先在步態(tài)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，利用逆運(yùn)動(dòng)學(xué)在MATLAB中計(jì)算出仿人足球機(jī)器人各關(guān)節(jié)角度的變化軌跡。然后，利用ADAMS虛擬樣機(jī)技術(shù)，建立仿人足球機(jī)器人虛擬樣機(jī)模型，并導(dǎo)入各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)。接著在ADAMS中進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真，根據(jù)仿真結(jié)果驗(yàn)證步態(tài)規(guī)劃的