基于FZMP的擬人機器人步態(tài)規(guī)劃和穩(wěn)定性分析.pdf

1、擬人機器人是機器人領(lǐng)域的熱點之一，對擬人機器人的研究是機器人研究的最終目標。而擬人機器人研究的關(guān)鍵在于通過步態(tài)規(guī)劃實現(xiàn)穩(wěn)定行走。多年來對擬人機器人的研究主要集中在實現(xiàn)平整地面上雙足穩(wěn)定行走，但是如何在復雜地面上實現(xiàn)穩(wěn)定行走一直是擬人機器人研究中的瓶頸問題。本文針對這一問題進行了深入研究，對機器人開展了運動學和動力學分析、步態(tài)軌跡規(guī)劃、穩(wěn)定區(qū)域和穩(wěn)定裕量的計算、穩(wěn)定控制方法等關(guān)鍵技術(shù)的研究工作。論文研究的主要內(nèi)容如下：
　　 1、

2、對擬人機器人進行了運動學和動力學分析。利用統(tǒng)一的模型和矩陣理論推導出了適用于機器人所有位姿的正、逆運動學計算公式；運用拉格朗日方程進行單、雙腿支撐期的動力學分析，確定步態(tài)特征以及步行機構(gòu)各個關(guān)節(jié)所需要的控制力矩。
　　 2、研究了上樓梯行走穩(wěn)定性問題。引入了虛擬零力矩點(FZMP)概念，推導出了擬人機器人上樓梯時的穩(wěn)定區(qū)域和穩(wěn)定裕量。
　　 3、分析了基于在線控制理論的擬人機器人穩(wěn)定性控制方法。推導出了擬人機器人上樓梯過

3、程中發(fā)生失穩(wěn)時機器人移動方向的角度改變量αf和落地點的移動距離l*f。研究了通過改變髖關(guān)節(jié)的高度來吸收由擺動腿提前著地而產(chǎn)生的垂直振動，給出了髖關(guān)節(jié)的高度補償計算公式。
　　 4、開發(fā)了用于擬人機器人仿真的平臺，實現(xiàn)了擬人機器人的參數(shù)化建模并完成了基于虛擬樣機技術(shù)的仿真。
　　 5、推導了擬人機器人上樓梯時的運動軌跡。根據(jù)上樓梯應(yīng)滿足的約束條件確定關(guān)鍵點，采用三次樣條函數(shù)插值關(guān)鍵點得出了踝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)的運動軌跡，并且通過