仿人机器人爬楼步态规划与控制研究

发布时间：2022-07-13 21:08

　　仿人机器人因其类人的特性而具有较广的应用和较强的研究价值,能够在不同环境下稳定行走是其必须具备的基本性能。现阶段,仿人机器人的步态规划方法大多集中在平整地面环境上,直接采用基于模型的方法来获取离线步态。在离线状态下设计出的行走步态能够满足平地无障碍稳定行走,但当机器人在不平坦地面,例如爬斜坡、上下阶梯时,该方法不能达到良好的稳定控制效果,很容易导致机器人因姿态不稳而摔倒。针对仿人机器人在爬楼环境中的步态规划及优化方法,主要包括生成离线步态、用DQN算法在线优化步态两部分,所做工作具体如下:首先,分析仿人机器人国内外研究现状及现有的爬楼步态规划方法,并介绍本文研究的主要内容及结构安排。其次,建立了基于D-H矩阵法则的机器人腿部坐标系,推导出其正运动学方程及逆运动学解,并对逆运动学的两种求解方法进行比较和分析。再次,将机器人腿部模型简化为七连杆模型,结合移动倒立摆模型与变长倒立摆模型,建立基于ZMP的移动变长倒立摆模型,通过对质心、前向、侧向分别进行步态规划,得出各关节离线步态参数。进而,将基于模型与智能算法的步态规划方法相结合,提出用DQN算法设计步态稳定控制器,对基于模型生成的离线步态... 

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 选题背景及研究意义
    1.2 仿人机器人国内外发展研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
        1.2.3 步态规划方法研究现状
        1.2.4 机器人爬楼步态规划研究现状
    1.3 论文研究主要内容及结构安排
第2章 机器人实验平台及运动学模型
    2.1 引言
    2.2 硬件平台搭建
    2.3 运动学建模
        2.3.1 模型简化及自由度分配
        2.3.2 基于D-H矩阵的机器人数学模型
    2.4 仿人机器人逆运动学求解
        2.4.1 逆运动学求解介绍
        2.4.2 逆运动学求解方法
        2.4.3 算法验算对比分析
    2.5 本章小结
第3章 爬楼步态分析及规划
    3.1 引言
    3.2 稳定性分析
        3.2.1 ZMP规划方法
        3.2.2 机器人运动与地面反作用力分析
        3.2.3 ZMP计算
    3.3 移动变长倒立摆模型
    3.4 机器人爬楼步态规划
        3.4.1 质心规划
        3.4.2 前向运动步态规划
        3.4.3 侧向步态规划
    3.5 本章小结
第4章 基于DQN的爬楼步态稳定控制
    4.1 引言
    4.2 步态优化目标
        4.2.1 稳定性
        4.2.2 能量效率
    4.3 反馈信息数据处理
    4.4 基于DQN算法的稳定步行控制器
        4.4.1 DQN算法概述
        4.4.2 DQN算法实现
        4.4.3 步行稳定控制器学习过程
    4.5 优化结果对比分析
        4.5.1 关节角度变化
        4.5.2 稳定性能与能量效率
    4.6 本章小结
第5章 ADAMS与MATLAB联合步态仿真
    5.1 引言
    5.2 仿真系统的总体设计
    5.3 软件介绍
    5.4 仿人机器人动力学建模
        5.4.1 Pro/E机械模型实体建模
        5.4.2 机器人腿部动力学分析
        5.4.3 模型导入及质量添加
        5.4.4 定义约束
        5.4.5 创建驱动
    5.5 MATLAB与ADAMS交互仿真
        5.5.1 搭建MATLAB控制平台
        5.5.2 联合仿真结果
    5.6 实验平台验证
    5.7 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 研究展望
参考文献
攻读硕士学位期间论文发表及科研情况
致谢



本文编号：3660773