雙足機(jī)器人欠驅(qū)使動(dòng)動(dòng)態(tài)步行仿人運(yùn)動(dòng)控制研究.pdf

1、雙足機(jī)器人具有廣闊的應(yīng)用前景,是近年來(lái)機(jī)器人學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。但就目前發(fā)展水平來(lái)看,還遠(yuǎn)未達(dá)到人類期望的大范圍動(dòng)態(tài)步行水平,具體表現(xiàn)為運(yùn)動(dòng)性能較差,存在能耗高、速度低、環(huán)境適應(yīng)能力低等問(wèn)題。欠驅(qū)動(dòng)雙足機(jī)器人是為了研究快速、自然動(dòng)態(tài)步行而提出的一種機(jī)器人結(jié)構(gòu)。機(jī)器人沒(méi)有腳掌,與地面點(diǎn)接觸形成欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),這給機(jī)器人的穩(wěn)定控制帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。機(jī)器人不能形成穩(wěn)定域,靜止站立十分困難；需要通過(guò)不斷變換支撐點(diǎn)位置實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡。但由于欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人可

2、以充分利用重力和慣性力,其步態(tài)具有高效、高速、動(dòng)作自然等特點(diǎn),為雙足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制研究提供了新的思路。
　　 針對(duì)目前欠驅(qū)動(dòng)雙足機(jī)器人足地間接觸假設(shè)性條件過(guò)多等問(wèn)題,提出了一種從實(shí)際角度考慮的雙足機(jī)器人行走動(dòng)力學(xué)特性模型,包含足地間接觸關(guān)系和反映人類自然行走的膝關(guān)節(jié)限制特性,為控制策略設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)。
　　 以“仿人”、“仿生”為指導(dǎo),深入分析人類行走過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)機(jī)理,運(yùn)用仿人智能控制的研究方法,提出了欠驅(qū)動(dòng)雙足步行仿人運(yùn)

3、動(dòng)控制方案。對(duì)雙足動(dòng)態(tài)步行這一復(fù)雜任務(wù)分解,研究仿人智能控制理論在步行控制中的特征選擇、控制模態(tài)的確定等關(guān)鍵技術(shù),實(shí)現(xiàn)欠驅(qū)動(dòng)雙足行走機(jī)器人高效能動(dòng)態(tài)步行,并與其它典型控制策略開(kāi)展仿真比較研究。
　　 針對(duì)欠驅(qū)動(dòng)雙足機(jī)器人步行過(guò)程中環(huán)境不確定性問(wèn)題,指出不摔倒是穩(wěn)定性的重要表征,當(dāng)雙足步行過(guò)程受到干擾時(shí),原有的步態(tài)模式不能繼續(xù)保持,就需要進(jìn)行調(diào)整以適應(yīng)變化。通過(guò)模仿人的控制行為,實(shí)時(shí)判斷系統(tǒng)出現(xiàn)的不穩(wěn)定趨勢(shì),提出能夠保持機(jī)器人不摔

4、倒的穩(wěn)定性監(jiān)控方案,以適當(dāng)?shù)目刂屏繉?duì)欠驅(qū)動(dòng)雙足行走機(jī)器人進(jìn)行在線步態(tài)調(diào)整保證系統(tǒng)運(yùn)行,分析了實(shí)現(xiàn)步態(tài)調(diào)整后雙足機(jī)器人的穩(wěn)定性。
　　 充分利用開(kāi)源軟件的優(yōu)越性,建立了一個(gè)通用的基于開(kāi)源物理引擎的雙足機(jī)器人步行控制研究仿真平臺(tái)。通過(guò)抽象仿真平臺(tái)的開(kāi)發(fā)過(guò)程,設(shè)計(jì)了計(jì)算機(jī)與開(kāi)發(fā)人員都可以理解的結(jié)構(gòu)表以提高仿真平臺(tái)的品質(zhì),進(jìn)而設(shè)計(jì)雙足機(jī)器人仿真平臺(tái)的開(kāi)發(fā)框架,在該框架下實(shí)現(xiàn)具有實(shí)用性的仿真平臺(tái),并注重開(kāi)放性、靈活性和簡(jiǎn)潔性,為雙足機(jī)器人