雙足機器人欠驅(qū)使動動態(tài)步行仿人運動控制研究.pdf

1、雙足機器人具有廣闊的應用前景,是近年來機器人學領域的研究熱點之一。但就目前發(fā)展水平來看,還遠未達到人類期望的大范圍動態(tài)步行水平,具體表現(xiàn)為運動性能較差,存在能耗高、速度低、環(huán)境適應能力低等問題。欠驅(qū)動雙足機器人是為了研究快速、自然動態(tài)步行而提出的一種機器人結構。機器人沒有腳掌,與地面點接觸形成欠驅(qū)動系統(tǒng),這給機器人的穩(wěn)定控制帶來巨大挑戰(zhàn)。機器人不能形成穩(wěn)定域,靜止站立十分困難；需要通過不斷變換支撐點位置實現(xiàn)動態(tài)平衡。但由于欠驅(qū)動機器人可

2、以充分利用重力和慣性力,其步態(tài)具有高效、高速、動作自然等特點,為雙足機器人運動控制研究提供了新的思路。
　　 針對目前欠驅(qū)動雙足機器人足地間接觸假設性條件過多等問題,提出了一種從實際角度考慮的雙足機器人行走動力學特性模型,包含足地間接觸關系和反映人類自然行走的膝關節(jié)限制特性,為控制策略設計提供基礎。
　　 以“仿人”、“仿生”為指導,深入分析人類行走過程中的運動機理,運用仿人智能控制的研究方法,提出了欠驅(qū)動雙足步行仿人運

3、動控制方案。對雙足動態(tài)步行這一復雜任務分解,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)的確定等關鍵技術,實現(xiàn)欠驅(qū)動雙足行走機器人高效能動態(tài)步行,并與其它典型控制策略開展仿真比較研究。
　　 針對欠驅(qū)動雙足機器人步行過程中環(huán)境不確定性問題,指出不摔倒是穩(wěn)定性的重要表征,當雙足步行過程受到干擾時,原有的步態(tài)模式不能繼續(xù)保持,就需要進行調(diào)整以適應變化。通過模仿人的控制行為,實時判斷系統(tǒng)出現(xiàn)的不穩(wěn)定趨勢,提出能夠保持機器人不摔

4、倒的穩(wěn)定性監(jiān)控方案,以適當?shù)目刂屏繉η夫?qū)動雙足行走機器人進行在線步態(tài)調(diào)整保證系統(tǒng)運行,分析了實現(xiàn)步態(tài)調(diào)整后雙足機器人的穩(wěn)定性。
　　 充分利用開源軟件的優(yōu)越性,建立了一個通用的基于開源物理引擎的雙足機器人步行控制研究仿真平臺。通過抽象仿真平臺的開發(fā)過程,設計了計算機與開發(fā)人員都可以理解的結構表以提高仿真平臺的品質(zhì),進而設計雙足機器人仿真平臺的開發(fā)框架,在該框架下實現(xiàn)具有實用性的仿真平臺,并注重開放性、靈活性和簡潔性,為雙足機器人