雙足機器人步行仿真與實驗研究.pdf

1、仿人機器人是一個熱門的研究領(lǐng)域，匯集了計算機、電子、通信、自動控制、傳感器等多各領(lǐng)域的尖端技術(shù)，代表了機電一體化的最高成就。雙足機器人是仿人機器人研究的基礎(chǔ)，關(guān)節(jié)眾多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有必要在物理樣機制造之前，建立一套虛擬原理樣機系統(tǒng)。本文以雙足機器人為研究對象，主要做了以下幾方面的工作。 首先，回顧和總結(jié)了仿人機器人的研究歷史和發(fā)展現(xiàn)狀，對國內(nèi)外各主要研究機構(gòu)設(shè)計的仿人機器人進行了分析和對比，并介紹了本文研究的主要內(nèi)容。 接

2、著，根據(jù)人體結(jié)構(gòu)比例給出了雙足機器人機構(gòu)設(shè)計方案，主要包括髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)和腳部的設(shè)計。為了使所設(shè)計的機器人能夠模擬人的動作，參考人的各個關(guān)節(jié)運動范圍，定義了機器人各個關(guān)節(jié)角的運動范圍。 其次，由于仿人機器人大部分的重量集中在上半身，因此可以把機器人看作是一個倒立擺，根據(jù)機器人的結(jié)構(gòu)特點，對機器人采用倒立擺原理進行了離線的步態(tài)規(guī)劃，并通過ZMP判定準則驗證了步態(tài)的穩(wěn)定性。 再次，利用動力學(xué)仿真軟件ADAMS建立了雙

3、足機器人的虛擬樣機，利用Matlab中的Simulink工具箱建立了機器人的控制系統(tǒng)，通過ADAMS/Controls接口模塊實現(xiàn)了兩者的聯(lián)合仿真，驗證了步態(tài)規(guī)劃、控制算法的有效性，并得到了機器人在步行過程中各個關(guān)節(jié)的力矩變化曲線，為選擇電機、減速器等部件提供了依據(jù)。 最后，搭建了雙足機器人的實驗平臺，并在上面進行了單關(guān)節(jié)調(diào)試、多關(guān)節(jié)調(diào)試、下地步行與其它規(guī)劃動作調(diào)試等實驗，實驗中機器人各關(guān)節(jié)達到了較高的伺服精度，整體運行協(xié)調(diào)、平