双足机器人行走步态平滑切换方法研究

发布时间：2017-05-02 15:08

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【摘要】：双足机器人是集机构、驱动、传感等核心部件,以及仿生、感知、交互、智能等前沿技术于一体的综合平台,其研究成果是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志,在科学探索、航空航天、运输、维修保养以及康复医疗等方面均具有广泛的应用前景。步态规划是双足机器人研究的关键技术之一,是双足机器人行走的基础,而步态切换是双足机器人应用于各种实际场合不可或缺的技术难点。因此,研究双足机器人的步态切换问题,使其实现快速、稳定、灵活的步态切换具有重要的理论意义和实用价值。本文在调研国内外相关文献资料的基础上,提出了一种适用于双足机器人步态切换的步态规划方法,并进行了步态仿真和物理样机实验,主要研究工作如下：1.针对小型舵机双足机器人的关节旋转轴轴线不相交的特点,建立了关节旋转轴轴线不相交的十一杆连杆模型。基于该连杆模型,分别建立了机器人拟解耦的前向、侧向运动学模型,为双足机器人步态规划提供了模型依据。2.提出了一种基于髋关节摆动原理的步态规划方法,开展了双足机器人髋关节摆动和不摆动行走仿真研究,结果表明：在相同的行走参数下,髋关节摆动的行走方式能够有效地减少各关节的角度值,降低能耗,减小机器人脚部所受地面接触力,增强机器人行走的稳定性。3.基于髋关节摆动原理的步态规划方法,采用三次样条函数拟合步态切换过程的平滑切换轨迹,开展了双足机器人在不同步长、不同步行周期、不同路面行走的步态切换仿真实验,获得了步态切换过程中各关节的平滑运动轨迹、角度、角速度和角加速度。4.搭建了双足机器人物理样机实验平台,分别开展了双足机器人在不同步长、不同步行周期之间进行切换的行走实验,实验结果与仿真结果一致,验证了基于髋关节摆动的步态切换方法的可行性。
【关键词】：双足机器人 零力矩点 步态规划 三次样条插值 步态切换 物理样机 行走实验
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 双足机器人研究概述11-15
• 1.2.1 国外研究现状11-13
• 1.2.2 国内研究现状13-15
• 1.3 双足机器人步态规划的研究现状及分析15-16
• 1.4 双足机器人步态切换的研究现状及分析16-18
• 1.5 本文研究内容及章节安排18-20
• 2 双足机器人模型的建立与步行稳定性判据20-32
• 2.1 引言20
• 2.2 关节旋转轴轴线不相交的连杆模型的建立20-22
• 2.3 运动学建模22-28
• 2.3.1 正运动学建模22-26
• 2.3.2 逆运动学建模26-28
• 2.4 步行稳定性判据28-30
• 2.4.1 ZMP的定义28-29
• 2.4.2 稳定步行的条件29-30
• 2.5 本章小结30-32
• 3 基于髋关节摆动原理的步态规划方法研究32-56
• 3.1 引言32-33
• 3.2 双足机器入步态规划方法33-35
• 3.3 基于髋关节摆动原理的双足机器人步态规划35-52
• 3.3.1 周期步行的步态规划35-43
• 3.3.2 起步的步态规划43-48
• 3.3.3 止步的步态规划48-52
• 3.4 髋关节摆动对双足机器人行走的影响52-55
• 3.5 本章小结55-56
• 4 双足机器人步态的平滑切换方法研究56-74
• 4.1 引言56-57
• 4.2 双足机器人步态切换方法57-58
• 4.3 不同步长行走的步态切换58-63
• 4.3.1 步长切换过程的关节速度和加速度分析58-60
• 4.3.2 步长切换结果60-63
• 4.4 不同步行周期行走的步态切换63-67
• 4.3.1 步行周期切换过程的关节速度和加速度分析63-65
• 4.3.2 步行周期切换结果65-67
• 4.5 不同路面行走的步态切换67-73
• 4.5.1 不同路面行走切换过程的关节速度和加速度分析67-71
• 4.5.2 不同路面行走切换的结果71-73
• 4.6 本章小结73-74
• 5 双足机器人步态切换仿真及实验研究74-90
• 5.1 仿真实验平台和物理样机实验平台的搭建74-76
• 5.1.1 基于ADAMS的仿真实验平台搭建74-75
• 5.1.2 物理样机实验平台的搭建75-76
• 5.2 髋关节摆动对双足机器人行走的影响76-79
• 5.2.1 步态仿真分析77-78
• 5.2.2 物理样机实验结果78-79
• 5.3 不同步长行走的步态切换79-83
• 5.3.1 步长切换仿真分析79-82
• 5.3.2 步长切换实验结果82-83
• 5.4 不同步行周期行走的步态切换83-86
• 5.4.1 步行周期切换仿真分析83-85
• 5.4.2 步行周期切换实验结果85-86
• 5.5 不同路面行走的步态切换仿真研究86-88
• 5.6 本章小结88-90
• 6 总结与展望90-92
• 6.1 本文工作总结90-91
• 6.2 今后工作展望91-92
• 参考文献92-98
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果及参加的项目98

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4 毛勇;王家^，

本文编号：341178