仿人机器人步行控制研究

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仿人步行机器人因其与其他多足机器人相比具有体积小、重量轻、动作灵活、迅速,而且更接近于人类步行的特点,加上他们对环境有最好的适应性,因此,对仿人机器人的研究有着泛的引用前景。为了使机器人在步行过程中有着良好的稳定性,对其步行进行规划和控制成为了研究的重点。本文在收集、整理和分析相关文献资料的基础上,以仿人机器人为研究对象,对仿人机器人的步态规划和步行控制进行了研究。本文的研究工作主要包括以下内容:1.基于髋关节参考步态的步态规划及优化先用基于倒立摆模型的方法规划出机器人重心的运动轨迹,然后以重心轨迹函数为参考变量规划踝关节的运动轨迹,在满足几何约束和物理结构的条件下,进而确定机器人膝关节的运动,至此步态规划已完成。接着,分析了保证步行稳定性的约束条件,然后根据仿人机器人在单步周期步行过程中运动的特点,构造了高次函数,并综合步行特征得到了步态优化的目标函数。最后,采用改进的遗传算法优化髋关节的轨迹参数,增大机器人步行的稳定裕量,仿真实现机器人的稳定步行。2.基于内环模糊控制和外环手臂摆动的步行控制方法提出对机器人步行控制采用内环加外环控制的方法,其中内环控制采用模糊控制器调节,外环控制则采用基于手臂摆动的方法进行必要地力矩补偿。先根据机器人各关节运动的约束条件制定模糊规则,设计出稳定的模糊控制器,然后在Matlab和NAO机器人的仿真软件上进行仿真实验。接着又在Matlab下,分别对手臂摆动与不摆动对机器人的偏摆力矩的影响进行仿真实验,验证控制方法的有效性。最后对全文进行了总结,说明了主要研究成果,同时对课题中需要改进之处提出了展望。
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