类人型机器人稳定步态设计及动态步行研究

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该文研究属于日本富士通公司资助的国际合作项目"类人型两足步行机器人的研究".在机器人JFHR设计基础上,该文研究了类人型机器人动力学模型、步态协调设计及优化、稳定姿态控制算法等关键问题,为类人型机器人的进一步研究奠定了坚实的基础.该文研究工作和主要成果如下:(1).分析现有类人型机器人动力学模型不足,建立了固定于身躯上的参考坐标系和一组平行坐标系构建的三维动力学模型;为了方便类人型机器人动力学模型的扩展,文中用面向对象思想对机器人进行了统一化描述,并采用牛顿-欧拉法对类人型机器人进行动力计算.(2).针对类人型机器人自由度多,姿态复杂多样的特点,该文首次对步态进行了协调设计:在对机器人的姿态加一定约束条件下,设计了用步长W、步速V、身高H、手臂摆幅R、身躯上下的摆幅A、身躯左右的运动轨迹参数B和C以及迈步腿的抬高D八个参数描述的可复现、协调步态.由于身躯在类人型机器人功态步行平衡调节作用,所以在步态设计时着重考虑了身躯运动轨迹的协调(3).分析类人型机器人的稳定性条件,设计了以x<,zmp>和y<,zmp>为变量的八参数步态优化目标函数,并用每代保留最优个体的浮点遗传算法进行了优化.在步态优化的过程中,文中着重对参数化个体的约束条件、目标函数的设计及计算、初始群体的生成和演化算子设计等方面进行了详细的讨论.(4).通过对类人型机器人稳定控制方法和动力学模型的研究,该文首次设计了两种姿态控制算法.(5).该文首次利用分布式对象DCOM技术构建了类人型机器人的分布式并行计算架构.
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