人形机器人运动控制研究

摘要

人形机器人的研究现已成为机器人研究热点之一，相比于其他类型的机器人，其不同之处在于具有人类步行的特点和灵活性。同时这一稳定的类人步行方式也是人形机器人基本的特征，而实现稳定的类人步行方式的关键和基础就在于步态规划。NAO机器人是一个典型的人形机器人，本文以NAO机器人为对象，对其步态进行研究，主要的研究内容如下：
　　第一，分析了NAO机器人的结构并对其各个关节做了简化处理，采用Denavit-Hartenberg法构建了NAO机器人的连杆模型和各个关节自由度的局部坐标系，基于构建的连杆模型推导出了NAO机器人的正运动学和逆运动学模型。
　　第二，根据NAO机器人的步态要求，以零力矩点（ZMP）作为判断步态行走是否稳定的依据，采用三步规划的方法来规划机器人的步态，通过多项式插值计算出摆动腿踝关节和髋关节的步行轨迹，然后再推导出NAO机器人各关节矢量的步行轨迹的函数表达式，实现了步态的参数化表示。
　　第三，通过遗传算法把能耗、行走速度、稳定性作为目标函数和基础对步行参数进行优化，求得一组Pareto最优解。
　　第四，将Pro/E中建立的NAO机器人下肢的简化模型导入到ADAMS软件中，根据规划得到的各关节的轨迹，完成机器人步行运动仿真。由仿真动态图以及各关节矢量的仿真轨迹图和理论轨迹图的对比，验证步态规划的有效性。

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第1章 绪论

1.1选题背景及意义

1.2 人形机器人的研究概况和发展趋势

1.3人形机器人步态规划的方法研究

1.4本文主要的研究内容与结构安排

第2章 人形机器人运动学分析

2.1机器人的描述

2.2人形机器人运动学分析

2.3本章小结

第3章 人形机器人运动轨迹的参数化设计

3.1步态规划中的基本概念

3.2步态规划的稳定性判据

3.3人形机器人的步态规划

3.4人形机器人下肢参数化设计

3.5踝关节与髋关节的轨迹规划

3.6本章小结

第4章 人形机器人的步行参数优化及仿真实验

4.1步态参数优化

4.2遗传算法与结果分析

4.3虚拟样机建模与仿真

4.4本章小结

第5章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢