雙足機(jī)器人幾何建模及運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的研究結(jié)構(gòu)的研究.pdf

1、雙足步行是自然界非常完美，而且節(jié)省能量的一種行走方式。近年來(lái)，雙足機(jī)器人的研究發(fā)展迅速，吸引了各國(guó)研究者。由于雙足機(jī)器人技術(shù)復(fù)雜，研究成本高，模塊化成為這一領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。本文以德國(guó)AMTEC公司生產(chǎn)的PowerCube模塊為基礎(chǔ)，進(jìn)行雙足機(jī)器人的步行研究。 首先以人類行走模式為藍(lán)本，結(jié)合PowerCube模塊的實(shí)際情況，確定雙足機(jī)器人的自由度數(shù)目和自由度的位置分布。利用三維造型軟件Pro/E對(duì)PowerCube模塊進(jìn)行三維造型

2、，同時(shí)設(shè)計(jì)相關(guān)的連接件。按照相同的自由度數(shù)目和不同位置分布方式，設(shè)計(jì)了三種不同結(jié)構(gòu)的雙足機(jī)器人，并對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析，然后選定其中一種結(jié)構(gòu)作為本文研究的雙足機(jī)器人結(jié)構(gòu)。在三維模型的基礎(chǔ)上，為了數(shù)學(xué)分析的需要，對(duì)實(shí)際的雙足機(jī)器人結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理簡(jiǎn)化，得出雙足機(jī)器人的數(shù)學(xué)模型，對(duì)其進(jìn)行了正運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，推導(dǎo)出雙足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)的正解和逆解計(jì)算公式。 在步態(tài)規(guī)劃階段，對(duì)雙足機(jī)器人的步行過(guò)程進(jìn)行分解，把連續(xù)的步行運(yùn)動(dòng)分解成相應(yīng)的許多

3、小步，再對(duì)每一小步進(jìn)行規(guī)劃。在雙足機(jī)器人數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，把雙足機(jī)器人抽象成倒立擺，以雙足機(jī)器人行走過(guò)程中ZMP在腳底的位置不發(fā)生變化，運(yùn)用倒立擺模型的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，分計(jì)算質(zhì)心和擺動(dòng)腿，對(duì)雙足機(jī)器人進(jìn)行步態(tài)規(guī)劃，推導(dǎo)出各部分的規(guī)劃函數(shù)。 以二維倒立擺模型為基礎(chǔ)，利用測(cè)地線的短程性提出一種新的雙足機(jī)器人能量?jī)?yōu)化方法，并對(duì)這一方法進(jìn)行了初步探討?；诙S倒立擺，構(gòu)造倒立擺的能量函數(shù)，以能量?jī)?yōu)化為目標(biāo)把能量函數(shù)映射成黎曼曲面，推導(dǎo)出黎曼度