雙足機(jī)器人的動(dòng)態(tài)步行穩(wěn)定控制與系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、雙足仿人機(jī)器人具有人的外形和功能，更適合在為人類設(shè)計(jì)的環(huán)境中進(jìn)行服務(wù)，是未來家用機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人、軍用機(jī)器人、太空機(jī)器人甚至工業(yè)機(jī)器人等機(jī)器人技術(shù)的前瞻性領(lǐng)域，已成為智能機(jī)器人研究領(lǐng)域中最熱門的課題之一。另一方面，雙足仿人機(jī)器人關(guān)節(jié)眾多，是最為復(fù)雜、難度最大的機(jī)電系統(tǒng)，是展示一個(gè)國家綜合技術(shù)力量的標(biāo)志之一。因此，本文探討從雙足仿人機(jī)器人本體開發(fā)到動(dòng)態(tài)步行控制技術(shù)等一系列研究問題，希望能為更好的理解仿人機(jī)器人系統(tǒng)，并把它從研究平臺(tái)推向?qū)?/p>

2、際應(yīng)用做出努力。
　　 實(shí)用的仿人機(jī)器人需要像人那樣具有多樣性的移動(dòng)能力，包括前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、側(cè)行、上下樓梯等，以及不同的步幅、步速、抬腳高度等參數(shù)的各種步態(tài)。實(shí)用的仿人機(jī)器人還需要能夠在各種未知的復(fù)雜地面上保持穩(wěn)定的能力，這樣的地面包括軟硬地面、凹凸不平的地面、上下斜坡等地面情況，當(dāng)然在受到外界擾動(dòng)時(shí)機(jī)器人也要能夠保持平衡。實(shí)用的機(jī)器人還必須像人那樣具有較高的步行效率以滿足執(zhí)行任務(wù)的要求。針對(duì)上述問題，本文進(jìn)行了系統(tǒng)的理論和

3、實(shí)驗(yàn)研究，主要貢獻(xiàn)包括：
　　 1．提出了被動(dòng)倒立擺模型來進(jìn)行雙足步態(tài)生成，該模型基于對(duì)被動(dòng)動(dòng)態(tài)步行機(jī)器人的能量消耗分析，以充分利用機(jī)器人本體的動(dòng)力學(xué)特性。仿真分析表明，基于該模型所生成的雙足步態(tài)具有較高的能量效率。
　　 2．為了提高系統(tǒng)對(duì)地面不平和外界干擾的適應(yīng)能力，提出了雙足步態(tài)穩(wěn)定控制算法。步態(tài)控制算法由上身姿態(tài)控制、期望ZMP(Zero MomentPoint)控制和非線性落地控制等三種結(jié)構(gòu)上相互耦合的控制器組

4、成，利用傳感器信息實(shí)時(shí)判斷步態(tài)性能并修正雙腿的所有關(guān)節(jié)，使機(jī)器人快速的適應(yīng)地面的不平整以及外界的干擾力。
　　 3．按照實(shí)際樣機(jī)參數(shù)構(gòu)建了虛擬樣機(jī)仿真平臺(tái)，解決了雙足機(jī)器人結(jié)構(gòu)復(fù)雜難以構(gòu)建動(dòng)力學(xué)模型的問題，利用仿真為雙足機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。利用ProE和ADAMS軟件按照實(shí)際樣機(jī)的各部分結(jié)構(gòu)和參數(shù)所建立的虛擬樣機(jī)，最終實(shí)現(xiàn)與由MATLAB開發(fā)的控制系統(tǒng)的聯(lián)合仿真。仿真平臺(tái)的構(gòu)建為雙足機(jī)器人物理樣機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。