基于ADAMS的双足机器人步态规划及仿真研究

摘要

作为智能化的代表，仿人机器人研究受到广泛关注，它已经逐渐成为机器人研究领域中最活跃的一个分支。由于仿人机器人的研究涉及到机械工程、电子工程、信息工程、计算机工程以及人工智能等多学科的最新科研成果并融合了仿生学知识，是当今机电一体化高度发展的最佳体现。
　　仿人机器人研究的最终日标是研制出具有人类特征，能够服务于人类，并可以同人类和谐共处的智能机器人。作为仿人机器人首要解决的双足稳定性行走问题，一直是我们致力研究的关键技术，本文旨在设计一款小型双足机器人，并在此基础上对其进行运动规划，使之实现稳定、快速且自然的行走。
　　首先，从双足机器人机械结构设计的合理性，即自由度配置方案出发，对原有的双足机器人设计模型进行分析和改进，重新设计双足机器人系统。参考人体的形态特征，选择符合双足机器人稳定行走功能要求的自由度配置方案，通过广义坐标法进行运动学分析，分别建立前向和侧向运动学模型，将复杂的机器人结构给予参数化描述，从而明确各个关节的位姿以及它们之，间的关系，以服务于后期的理想步态规划。
　　其次，对静态步行和动态步行的稳定性条件进行分析，并详尽地介绍零力矩点(ZMP)稳定性判据，然后结合对人类行走步态的研究，采用离线三点式动态规划法，以规划机器人行走姿态。利用三次样条插值规划踝关节和髋关节轨迹，剩余关节的轨迹可以推导得出，随即便可获得机器人行走时各关节的转角曲线，最终利用ZMP求证步态的稳定性。
　　最后，将通过二维机械建模软件Pro/E建立好的三维实体模型导入到动力学仿真软件ADAMS中，从而间接的建立仿人机器人的虚拟样机，然后利用ADAMS的近似拟合曲线函数，把规划好的Matlab曲线导入到ADAMS里的机器人虚拟样机相应驱动中，从而实现机器人关节按照规划的轨迹运动的虚拟样机仿真，随后，运用ADAMS后处理模块对机器人仿真获得行走时的动态图像及实验数据进行分析，证明整个步态规划的稳定性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 国内外仿人机器人研究发展现状

1．3 课题来源、本文主要研究内容

第2章 双足机器人运动学分析

2．1 引言

2．2 双足机器人本体结构

2．3 机器人运动学分析

2．3．1 前向运动学建模

2．3．2 侧向运动学建模

2．4 本章小结

第3章 基于ZMP稳定判据的步态规划

3．1 引言

3．2 重心的地面投影点和零力矩点

3．2．1 重心地面投影点

3．2．2 零力矩点

3．3 稳定步行的条件

3．4 步态规划原理

3．4．1 姿态约束的研究

3．4．2 与步态规划有关的概念

3．4．3 动态的步态参数化设计

3．5 步态规划方法的研究

3．5．1 三次样条插值

3．5．2 动态的步行规划

3．6 本章小结

第4章 仿真及实验结果分析

4．1 引言

4．2 仿真模型的建立

4．3 机器人驱动力矩的确定

4．4 仿真结果分析

4．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢