雙足機器人幾何建模及運動規(guī)劃的研究結(jié)構(gòu)的研究.pdf

1、雙足步行是自然界非常完美，而且節(jié)省能量的一種行走方式。近年來，雙足機器人的研究發(fā)展迅速，吸引了各國研究者。由于雙足機器人技術(shù)復雜，研究成本高，模塊化成為這一領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。本文以德國AMTEC公司生產(chǎn)的PowerCube模塊為基礎(chǔ)，進行雙足機器人的步行研究。 首先以人類行走模式為藍本，結(jié)合PowerCube模塊的實際情況，確定雙足機器人的自由度數(shù)目和自由度的位置分布。利用三維造型軟件Pro/E對PowerCube模塊進行三維造型

2、，同時設(shè)計相關(guān)的連接件。按照相同的自由度數(shù)目和不同位置分布方式，設(shè)計了三種不同結(jié)構(gòu)的雙足機器人，并對其優(yōu)缺點進行了分析，然后選定其中一種結(jié)構(gòu)作為本文研究的雙足機器人結(jié)構(gòu)。在三維模型的基礎(chǔ)上，為了數(shù)學分析的需要，對實際的雙足機器人結(jié)構(gòu)進行合理簡化，得出雙足機器人的數(shù)學模型，對其進行了正運動學和逆運動學分析，推導出雙足機器人運動學的正解和逆解計算公式。 在步態(tài)規(guī)劃階段，對雙足機器人的步行過程進行分解，把連續(xù)的步行運動分解成相應(yīng)的許多

3、小步，再對每一小步進行規(guī)劃。在雙足機器人數(shù)學模型的基礎(chǔ)上，把雙足機器人抽象成倒立擺，以雙足機器人行走過程中ZMP在腳底的位置不發(fā)生變化，運用倒立擺模型的運動規(guī)律，分計算質(zhì)心和擺動腿，對雙足機器人進行步態(tài)規(guī)劃，推導出各部分的規(guī)劃函數(shù)。 以二維倒立擺模型為基礎(chǔ)，利用測地線的短程性提出一種新的雙足機器人能量優(yōu)化方法，并對這一方法進行了初步探討?；诙S倒立擺，構(gòu)造倒立擺的能量函數(shù)，以能量優(yōu)化為目標把能量函數(shù)映射成黎曼曲面，推導出黎曼度