小型仿人机器人步态规划算法研究与实现

发布时间：2021-01-05 06:44

　　作为机器人领域最具有代表性的研究方向,双足仿人机器人技术受到了国内外众多研究机构和科研人员的青睐。它的研究水平在一定程度上反映了一个国家高科技的综合实力。稳定步行理论是仿人机器人控制理论的核心,是实现其他控制任务的前提和条件,经过几十年的发展,稳定步行理论已经日臻成熟。目前常用的步态规划方法主要有：基于仿生运动学的步态规划方法、基于模型的步态规划方法、智能算法的步态规划方法,以及步态优化问题。基于这些理论,科研人员研制了众多可实现平面行走、上下楼梯、倒下起立等功能的样机,然而由于它的控制难度高、稳定性差、对环境要求严等特点,其运动效果并不理想。本课题提出了一种简单可行的步态规划方法,并采用自主研发的小型仿人机器人进行了实验验证,该方法适用于具有相同腿部结构的仿人机器人。首先,本文简要介绍了自主研发的样机的机械结构和控制系统。从自由度的配置、结构的设计和材料的选择、驱动器的选择等方面进行了分析,并展示了装配实体和结构尺寸。从控制系统的结构、控制器的选择与设计、控制软件的实现等方面进行了分析,搭建了一个完整的硬件、软件系统。其次,本文对双足机器人的运动学进行了分析。结合样机的结构和关节特点... 

【文章来源】：中国海洋大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：120 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
中文部分
    1 绪论
        1.1 引言
        1.2 国内外发展情况
            1.2.1 国外发展情况
            1.2.2 国内研究状况
        1.3 本文研究的主要内容
    2 仿人机器人的机械结构及控制系统
        2.1 引言
        2.2 仿人机器人机械结构设计
            2.2.1 样机的自由度配置及结构材料
            2.2.2 样机驱动器的选择
            2.2.3 样机结构尺寸及装配实体
        2.3 仿人机器人控制系统设计
            2.3.1 仿人机器人控制系统结构
            2.3.2 控制板的设计
            2.3.3 控制系统软件设计
        2.4 本章小结
    3 仿人机器人运动学分析
        3.1 引言
        3.2 仿人机器人模型
        3.3 运动学分析
            3.3.1 正运动学分析
            3.3.2 逆运动学分析
        3.4 本章小结
    4 仿人机器人步态规划
        4.1 引言
        4.2 常见的步态规划方法
        4.3 动态步行设计
            4.3.1 基本思想
            4.3.2 步行模式生成
        4.4 步态规划方法优化
            4.4.1 脚面的调整
            4.4.2 双腿支撑期
            4.4.3 步幅调整
            4.4.4 改变步行方向
        4.5 仿真与实现
            4.5.1 步态规划方法的理论分析
            4.5.2 动态步行的实现
            4.5.3 动态步行实验现象及数据分析
        4.6 本章小结
    5 仿人机器人稳定性分析
        5.1 引言
        5.2 ZMP稳定判据
        5.3 机器人稳定的实现
            5.3.1 姿态传感器
            5.3.2 FSR传感器
        5.4 本章小结
    6 总结与展望
        6.1 工作总结
        6.2 研究展望
    参考文献
    致谢
    个人简历
    发表的学术论文及研究成果
英文部分
    1 Introduction
        1.1 Introduction
        1.2 Present status of domestic and international research
            1.2.1 The development in the foreign countries
            1.2.2 The development in our country
        1.3 The main content of this paper
    2 The mechanical structure and control system of the humanoid robot
        2.1 Introduction
        2.2 The design of mechanical structure of prototype
            2.2.1 The distribution of DOF and structural materials of robot prototype
            2.2.2 The selection of actuators
            2.2.3 The size and assembly of the prototype
        2.3 The design of robot control system
            2.3.1 The structure of robot control system
            2.3.2 The design of control board
            2.3.3 The software design of control system
        2.4 Summary
    3 Analysis of the kinematics of humanoid robot
        3.1 Introduction
        3.2 Humanoid robot model
        3.3 Kinematics analysis
            3.3.1 Kinematics analysis
            3.3.2 Inverse kinematics analysis
        3.4 Summary
    4 Gait planning of humanoid robot
        4.1 Introduction
        4.2 The common method of gait planning
        4.3 Design of dynamic walking
            4.3.1 The basic idea
            4.3.2 Generation of walking pattern
        4.4 Optimization method of gait planning
            4.4.1 Adjustment of the foot
            4.4.2 The double support phase
            4.4.3 Step length adjustment
            4.4.4 Changing the walking direction
        4.5 Simulation and Realization
            4.5.1 Analysis of gait planning method
            4.5.2 Realization of dynamic walking
            4.5.3 Experimental phenomena and data analysis of dynamic walking
        4.6 Summary
    5 Humanoid robot stability analysis
        5.1 Introduction
        5.2 The ZMP Stability criterion
        5.3 Realization of the robot stability
            5.3.1 Attitude sensor
            5.3.2 Force Sensing Resistors（FSR）
        5.4 Summary
    6 Summary and prospect
        6.1 Work summary
        6.2 Research prospect
    REFERENCES


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于实时逆运动学算法的6R机器人三维仿真[J]. 黎柏春,杨建宇,耿磊,于天彪,王宛山.  组合机床与自动化加工技术. 2014(03)
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硕士论文
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[2]双足仿人机器人姿态规划的设计与开发[D]. 仇哲.中国海洋大学 2014
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[4]小型双足仿人机器人的设计与研发[D]. 田阳.中国海洋大学 2013
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[6]室内服务机器人的导航研究[D]. 何武.中国科学技术大学 2011
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[8]基于ZMP的双足步行机器人步态规划研究[D]. 秦爱中.西北工业大学 2005
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本文编号：2958220