仿人双足机器人动步行步态规划理论研究

摘要

随着高新技术的发展和人工智能研究的深入，仿人机器人将逐渐走入人们的生活中。仿人机器人研究的关键问题是机器人智能和运动控制，而运动控制的前提是有一个有效的步行运动样本。因此，本文主要研究双足机器人动态步行运动规划理论，为机器人的动态快速步行提供有效的步行样本。
　　首先，本文将完全笛卡尔坐标法引入到双足机器人的坐标建模中，没有使用欧拉参数，使计算简单且易于编程。进行了完全笛卡尔坐标下的双足机器人的运动分析，给出了完全笛卡尔坐标下的刚体和铰约束方程，动量和动量矩的计算方法，完全笛卡尔参数与各关节角度的关系，以及ZMP的完全笛卡尔坐标描述。
　　其次，分析了基于线性倒立摆模型的步行运动参数对机器人质心运动轨迹的影响，为运动参数的选取提供了参考。又分析了ZMP对机器人运动轨迹的影响，提出了单足支撑期固定ZMP与移动ZMP相结合的质心轨迹规划方法，提高了机器人的快速步行运动能力，并且给出了机器人起步段、中步段、止步段质心运动轨迹和游脚轨迹的规划方法，用于生成机器人的动态步行样本库。
　　最后，本文针对具体的双足机器人模型，规划了其全身各个关节的运动轨迹，并提出了步行运动单元样本组合的运动样本生成方法，为机器人实时运动轨迹生成提供了新的思路，并且通过ADAMS动力学仿真，验证了该方法的有效和合理性。

目录

仿人双足机器人动步行步态规划 理论研究

REASERCH ON THEORY FOR DYNAMIC WALKING GAIT PLANNING OF BIPED ROBOT

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究目的和意义

1.2 双足机器人国内外研究综述

1.2.1 仿人机器人国内外发展

1.2.2 仿人双足机器人步行研究的发展

1.2.3 仿人机器人步态规划

1.2.4 仿人机器人步行控制

1.3 课题主要研究内容

第2章 仿人双足机器人的完全笛卡尔坐标法分析

2.1 引言

2.2 完全笛卡尔坐标下的双足机器人描述

2.2.1 完全笛卡尔坐标方法

2.2.2 双足机器人的完全笛卡尔坐标描述

2.3 完全笛卡尔坐标下的机器人运动分析

2.3.1 系统的约束方程

2.3.2 系统的动量计算

2.3.3 系统的动量矩计算

2.3.4 完全笛卡尔坐标下的关节轨迹及转动角度求解

2.3.5 关节转角及角速度与完全笛卡尔坐标及速度的转换

2.3.6 ZMP与稳定性分析

2.4 本章小结

第3章 双足机器人质心和游脚轨迹规划方法

3.1 引言

3.2 机器人步行规划的倒立摆方法

3.3 倒立摆模型下的机器人运动参数对运动的影响

3.3.1 质心初始运动速度对运动的影响

3.3.2 双足机器人步长对质心运动的影响

3.3.3 质心高度变动对机器人运动轨迹的影响

3.4 倒立摆模型下固定与移动ZMP相结合的质心轨迹规划

3.4.1 移动ZMP对质心运动轨迹和速度的影响

3.4.2 固定ZMP与移动ZMP相结合的质心轨迹规划

3.5 中步段质心轨迹的规划

3.5.1 中步段纵垂面的质心轨迹规划

3.5.2 中步段横垂面的质心轨迹规划

3.6 起步段质心轨迹的规划

3.6.1 起步段横垂面的质心轨迹规划

3.6.2 起步段纵垂面的质心轨迹规划

3.7 止步段质心轨迹的规划

3.7.1 游脚提前着地迈步段的质心轨迹规划

3.7.2 收腿迈步段的质心轨迹规划

3.7.3 姿态调整步段的质心轨迹规划

3.8 游脚运动轨迹的规划

3.9 本章小结

第4章 步行样本单元组合的运动样本生成方法

4.1 引言

4.2 步行样本单元组合的步行样本生成方法

4.3 机器人模型

4.3.1 双足机器人模型及结构参数

4.3.2 双足机器人步行参数

4.4 步行单元样本的计算

4.4.1 双足机器人步行运动各步段各关节的运动轨迹

4.4.2 步行运动各步段关节角度变化样本

4.5 基于步行单元样本组合的样本生成

4.5.1 直线前进步行样本的生成

4.5.2 有间歇的前进步行样本的生成

4.5.3 有倒退的前进步行样本的生成

4.6 本章小结

第5章 仿人双足机器人步行运动仿真

5.1 引言

5.2 双足机器人运动仿真

5.2.1 直线前进步行的运动仿真

5.2.2 有间歇的前进步行的运动仿真

5.2.3 有后退的前进步行的运动仿真

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢