拟人机器人的稳定性分析和步态规划

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稳定性问题是拟人机器人行走的首要问题,零力矩点的位置是实现稳定动态规划的标准。步态规划是机器人研究的主要技术部分,稳定自然的步态是实现机器人行走的基础。本论文主要包括:首先,本论文分析和概括了当今流行的几种拟人机器人步态规划的方法,并且比较了这几种方法的利与弊。其次,对单脚支撑期进行了受力分析。在受力分析的过程中忽略脚以上的部分,并以加到落地脚的力与力矩代替,分析了零力矩点的意义并且由达朗贝尔原理推导了计算零力矩点位置的公式。再次,由于传统方法得到的动力学模型是强非线性高耦合的数学表达式,该论文在七杆机构动力学模型的基础上推导了解耦的九杆机构动力学模型,这种显式的动力学模型可以方便的求出各关节的力矩。然后,本论文的重点是机器人的步态规划部分。其中对两种步态规划方法进行了详细的分析。第一种是静态规划,其稳定判断标准是重心的位置,只要重心落在稳定区域内就能实现机器人的稳定,静态规划最主要的是各关节运动平滑防止舵机的抖动。第二种是以零力矩点为稳定判断标准的动态规划,首先规定出机器人在行走过程中的样点,然后运用三次养条函数得到运动的平滑曲线,在可变参数的有效范围内搜索零力矩点最大稳定裕度作为最终的步态参数。并对这两种规划方案做了方针,方针结果表明这两种规划方案是切实可行的。最后,采用Atamega128作为控制平台对龙昌机器人进行了调试,实现了机器人的静态行走。
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