小型双足步行机器人动力学分析和行走控制

摘要

本文首先从运动学的基础上分析了双足机器人的运动变化，给出了正运动学和逆运动学模型的分析。然后从动力学的角度，对双足步行机器人的简化模型做了详尽的分析。分析中给出了连杆模型的牛顿一欧拉方程和拉格朗日方程，并分别从动力学正问题和动力学逆问题两方面分析了机器入运动方程，然后给出了双足机器人转动关节动力学完整的计算方法。完整的分析了ZMP理论，给出了三维模式下的ZMP理论分析及其推导和计算，结合双足步行机器人的模型特性详尽的解释了ZMP在双足步行分析中的应用。本文还分别在二维和三维模式下分析了机器人的倒立摆模型，给出了相应的步态模式和完整的步态规划，同时也完善了倒立摆模型下的步态算法。在第四章中，本文结合以上理论分析设计出一种小型双足步行机器人，文章中给出了其机械结构设计思想，机器人主体结构采用舵机伺服器作为驱动，塑料件作为连接件。控制系统部分中提出了一种先进的舵机控制技术，给出了其具体算法流程，并应用到后面的机器人步伐动作控制中。控制系统还给出双足机器人完整的步行模式步态分析以及步行动作序列和程序流程框架。最后文章结合制作的机器人和多机器人技术阐述了多机器人协作技术，分析了其关键技术和相关理论。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1概述

1.2双足步行机器人发展现状

1.2.1日本的双足步行机器人发展现状

1.2.2其他国外的双足步行机器人发展现状

1.2.3国内的双足步行机器人发展现状

1.3双足步行机器入发展趋势

1.4本文所做内容

第2章双足步行机器人运动学和动力学分析

2.1机器人运动学分析

2.1.1位置和姿态的表示

2.1.2坐标变换

2.1.3双足机器人运动学

2.2机器人动力学分析

2.2.1牛顿-欧拉方程和拉格朗日方程

2.2.2机器人动力学正问题和逆问题

2.2.3双足机器人转动关节动力学计算方案

2.3 ZMP理论和双足步行机器人稳定性

2.3.1三维地面作用力下的ZMP分析

2.3.2 ZMP的推导和计算

2.3.2关于ZMP的理解

第3章双足步行机器人步态分析和规划

3.1二维步行模式

3.1.1二维倒立摆模型

3.1.2二维行走步态规划

3.2三维步行模式

3.2.1三维倒立摆模型

3.2.2三维行走步态规划

3.2.3关于三维行走步态规划的说明

3.3步行稳定控制的方法

第4章双足步行机器人结构和控制系统实现

4.1机械结构设计

4.2控制电路设计

4.3控制系统设计

4.3.1舵机控制精度和调速

4.3.2 8路PWM波形并行输出

4.3.3动作序列实现

第5章多机器人技术

5.1概述

5.1.1协调与协作的概念

5.1.2多机器人学的主关键技术

5.1.3机器人协作的发展趋势

5.2多Agent的协作

5.2.1多Agent的协作模式

5.2.2多机器人的经典模型和系统

5.2.3多Agent协作模型的建立

5.2.4多Agent通信

5.3多机器入团队协作的强化学习

5.3.1强化学习的原理及基本结构

5.3.2多机器人强化学习的算法

第6章总结与展望

6.1下一步研究内容

6.2未来展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果