小型雙足機(jī)器人設(shè)計(jì)及運(yùn)動規(guī)劃研究.pdf

1、現(xiàn)階段，機(jī)器人的研究應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，其中仿人機(jī)器人的研究和應(yīng)用尤其受到普遍關(guān)注，并成為機(jī)器人領(lǐng)域中最活躍的研究熱點(diǎn)之一。仿人機(jī)器人研究的最終目標(biāo)是研制出具備人類特征，能夠服務(wù)于人類，并能夠與人類和諧共處的智能機(jī)器人。雙足步行是仿人機(jī)器人研究的關(guān)鍵技術(shù)之一，穩(wěn)定自然快速的行走是仿人機(jī)器人區(qū)別于其他機(jī)器人的主要標(biāo)志。課題旨在研制一個小型雙足機(jī)器人，并對所設(shè)計(jì)的機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動規(guī)劃，使其實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定行走。首先從機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，自由度配

2、置方案，對現(xiàn)有的雙足機(jī)器人設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析，重新設(shè)計(jì)機(jī)器人系統(tǒng)。結(jié)合人體的形態(tài)特征，依據(jù)形態(tài)仿生學(xué)原理，設(shè)計(jì)接近于人體尺寸比例的機(jī)器人軀體。機(jī)器人構(gòu)型采用串聯(lián)構(gòu)型方式，自由度選擇符合機(jī)器人功能要求的最少的自由度配置方案，并選用舵機(jī)作為機(jī)器人的驅(qū)動器。采用基于約束規(guī)劃的步態(tài)規(guī)劃方法，離線規(guī)劃機(jī)器人的行走步態(tài)。用機(jī)器人重心和腳步運(yùn)動軌跡作為約束條件，針對機(jī)器人在一個完整的行走過程中速度變化的特點(diǎn)，把機(jī)器人的行走分為五個時期，對應(yīng)于五種步態(tài)。

3、在保證機(jī)器人運(yùn)動連續(xù)性的條件下，分別計(jì)算五種步態(tài)下關(guān)節(jié)運(yùn)動軌跡，最后把計(jì)算結(jié)果整合，組成一個完整步態(tài)。并對規(guī)劃結(jié)果進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。提出通過手臂的運(yùn)動來解決雙足機(jī)器人行走時身軀發(fā)生扭轉(zhuǎn)問題的方法，并使用此方法對機(jī)器人的手臂運(yùn)動進(jìn)行了規(guī)劃。在水平方向上把機(jī)器人簡化為一個水平扭轉(zhuǎn)桿模型，手臂和腿都看成獨(dú)立的單擺，通過手臂擺動來平衡腿擺動對身軀的力矩作用，從而達(dá)到抑制機(jī)器人身軀扭轉(zhuǎn)的目的。在ADAMS中對規(guī)劃結(jié)果進(jìn)行仿真，通過仿真獲得的數(shù)據(jù)，