仿人機器人設(shè)計及步行控制方法.pdf

1、設(shè)計仿人機器人并實現(xiàn)動態(tài)步行是機器人研究領(lǐng)域的一個研究熱點，通過金世界眾多科學家的努力，已經(jīng)取得了很大的進展，但是還存在較多的問題，如機器人的步態(tài)規(guī)劃方法實時性不高，不能實現(xiàn)在線規(guī)劃；機器人的穩(wěn)定性較差，抵抗外界干擾的能力不強；機器人的仿真平臺不夠完善；仿人機器人實物設(shè)計方法欠缺等等。
　　 本文針對仿人機器人設(shè)計和控制中的幾個關(guān)鍵性問題展開了較為深入的研究和探索，研究主要內(nèi)容包括：
　　 1．通過仿真和嚴格的計算推導，

2、設(shè)計研制具有高度靈活性、實時性的仿人機器人樣機Wukong和ZJUPursuer—1，并將仿人機器人的設(shè)計方法和設(shè)計理念詳細地闡述出來，解決了研制過程中遇到的自由度的配置、關(guān)節(jié)力矩的分析、運動的實時控制、傳感器數(shù)據(jù)的實時采集等問題．
　　 2．對仿人機器人建立連桿模型，分析其運動學、動力學特性，設(shè)計了一集機器人運動學分析，動力學分析、傳感器模擬和智能決策于一體的仿真平臺，并做到了與實物機器人的無縫連接。
　　 3．采用最

3、優(yōu)化線性搜索的規(guī)劃方法設(shè)計仿人機器人的步態(tài)規(guī)劃。通過設(shè)定的步行參數(shù)設(shè)計仿人機器人的腳踝關(guān)節(jié)運動軌跡和ZMP運動軌跡，通過最優(yōu)化原理求解仿人機器人的髖關(guān)節(jié)軌跡。優(yōu)化中將泛函極值最優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換成為基于非線性約束最優(yōu)化的問題，將連續(xù)空間的多變量規(guī)劃問題轉(zhuǎn)換成為離散空間的二維變量規(guī)劃問題，加快了優(yōu)化的效率，做到了機器人步態(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分析仿人機器人的穩(wěn)定性。通過姿態(tài)傳感器檢測擾動大小

4、，將擾動按照擾動自身大小和步態(tài)類型進行分類，然后分別對不同大小的擾動進行分析和控制，避免了機器人的摔倒，保持了機器人的平衡。該方法不僅解決了仿人機器人的穩(wěn)定性問題，同時可以用來解釋人的運動規(guī)律，從能量的觀點出發(fā)，將人的行走與機器人的行走統(tǒng)一起來了。
　　 最終將步行控制算法運用在自行研制的仿人機器人樣機上，取得了不錯的控制效果。機器人控制算法的實時性得到提高，穩(wěn)定性得到加強，能夠有效的抑制小幅干擾。采用自行設(shè)計的步行控制算法的小