仿人機(jī)器人設(shè)計(jì)及步行控制方法.pdf

1、設(shè)計(jì)仿人機(jī)器人并實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)步行是機(jī)器人研究領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)，通過(guò)金世界眾多科學(xué)家的努力，已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，但是還存在較多的問(wèn)題，如機(jī)器人的步態(tài)規(guī)劃方法實(shí)時(shí)性不高，不能實(shí)現(xiàn)在線規(guī)劃；機(jī)器人的穩(wěn)定性較差，抵抗外界干擾的能力不強(qiáng)；機(jī)器人的仿真平臺(tái)不夠完善；仿人機(jī)器人實(shí)物設(shè)計(jì)方法欠缺等等。
　　 本文針對(duì)仿人機(jī)器人設(shè)計(jì)和控制中的幾個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題展開(kāi)了較為深入的研究和探索，研究主要內(nèi)容包括：
　　 1．通過(guò)仿真和嚴(yán)格的計(jì)算推導(dǎo)，

2、設(shè)計(jì)研制具有高度靈活性、實(shí)時(shí)性的仿人機(jī)器人樣機(jī)Wukong和ZJUPursuer—1，并將仿人機(jī)器人的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)理念詳細(xì)地闡述出來(lái)，解決了研制過(guò)程中遇到的自由度的配置、關(guān)節(jié)力矩的分析、運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)控制、傳感器數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集等問(wèn)題．
　　 2．對(duì)仿人機(jī)器人建立連桿模型，分析其運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)特性，設(shè)計(jì)了一集機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，動(dòng)力學(xué)分析、傳感器模擬和智能決策于一體的仿真平臺(tái)，并做到了與實(shí)物機(jī)器人的無(wú)縫連接。
　　 3．采用最

3、優(yōu)化線性搜索的規(guī)劃方法設(shè)計(jì)仿人機(jī)器人的步態(tài)規(guī)劃。通過(guò)設(shè)定的步行參數(shù)設(shè)計(jì)仿人機(jī)器人的腳踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡和ZMP運(yùn)動(dòng)軌跡，通過(guò)最優(yōu)化原理求解仿人機(jī)器人的髖關(guān)節(jié)軌跡。優(yōu)化中將泛函極值最優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)換成為基于非線性約束最優(yōu)化的問(wèn)題，將連續(xù)空間的多變量規(guī)劃問(wèn)題轉(zhuǎn)換成為離散空間的二維變量規(guī)劃問(wèn)題，加快了優(yōu)化的效率，做到了機(jī)器人步態(tài)的在線生成和軌跡的在線規(guī)劃。
　　 4．采用倒立擺模型從能量的觀點(diǎn)分析仿人機(jī)器人的穩(wěn)定性。通過(guò)姿態(tài)傳感器檢測(cè)擾動(dòng)大小

4、，將擾動(dòng)按照擾動(dòng)自身大小和步態(tài)類型進(jìn)行分類，然后分別對(duì)不同大小的擾動(dòng)進(jìn)行分析和控制，避免了機(jī)器人的摔倒，保持了機(jī)器人的平衡。該方法不僅解決了仿人機(jī)器人的穩(wěn)定性問(wèn)題，同時(shí)可以用來(lái)解釋人的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，從能量的觀點(diǎn)出發(fā)，將人的行走與機(jī)器人的行走統(tǒng)一起來(lái)了。
　　 最終將步行控制算法運(yùn)用在自行研制的仿人機(jī)器人樣機(jī)上，取得了不錯(cuò)的控制效果。機(jī)器人控制算法的實(shí)時(shí)性得到提高，穩(wěn)定性得到加強(qiáng)，能夠有效的抑制小幅干擾。采用自行設(shè)計(jì)的步行控制算法的小