雙足機器人的動態(tài)步行穩(wěn)定控制與系統(tǒng)設計.pdf

1、雙足仿人機器人具有人的外形和功能，更適合在為人類設計的環(huán)境中進行服務，是未來家用機器人、醫(yī)療機器人、軍用機器人、太空機器人甚至工業(yè)機器人等機器人技術的前瞻性領域，已成為智能機器人研究領域中最熱門的課題之一。另一方面，雙足仿人機器人關節(jié)眾多，是最為復雜、難度最大的機電系統(tǒng)，是展示一個國家綜合技術力量的標志之一。因此，本文探討從雙足仿人機器人本體開發(fā)到動態(tài)步行控制技術等一系列研究問題，希望能為更好的理解仿人機器人系統(tǒng)，并把它從研究平臺推向實

2、際應用做出努力。
　　 實用的仿人機器人需要像人那樣具有多樣性的移動能力，包括前進、后退、轉彎、側行、上下樓梯等，以及不同的步幅、步速、抬腳高度等參數的各種步態(tài)。實用的仿人機器人還需要能夠在各種未知的復雜地面上保持穩(wěn)定的能力，這樣的地面包括軟硬地面、凹凸不平的地面、上下斜坡等地面情況，當然在受到外界擾動時機器人也要能夠保持平衡。實用的機器人還必須像人那樣具有較高的步行效率以滿足執(zhí)行任務的要求。針對上述問題，本文進行了系統(tǒng)的理論和

3、實驗研究，主要貢獻包括：
　　 1．提出了被動倒立擺模型來進行雙足步態(tài)生成，該模型基于對被動動態(tài)步行機器人的能量消耗分析，以充分利用機器人本體的動力學特性。仿真分析表明，基于該模型所生成的雙足步態(tài)具有較高的能量效率。
　　 2．為了提高系統(tǒng)對地面不平和外界干擾的適應能力，提出了雙足步態(tài)穩(wěn)定控制算法。步態(tài)控制算法由上身姿態(tài)控制、期望ZMP(Zero MomentPoint)控制和非線性落地控制等三種結構上相互耦合的控制器組

4、成，利用傳感器信息實時判斷步態(tài)性能并修正雙腿的所有關節(jié)，使機器人快速的適應地面的不平整以及外界的干擾力。
　　 3．按照實際樣機參數構建了虛擬樣機仿真平臺，解決了雙足機器人結構復雜難以構建動力學模型的問題，利用仿真為雙足機器人控制系統(tǒng)的設計提供依據。利用ProE和ADAMS軟件按照實際樣機的各部分結構和參數所建立的虛擬樣機，最終實現與由MATLAB開發(fā)的控制系統(tǒng)的聯(lián)合仿真。仿真平臺的構建為雙足機器人物理樣機的系統(tǒng)設計提供了依據。