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摘要： NAO机器人是一个典型的人形机器人，本文以NAO机器人为对象，对其步态进行研究，将Pro/E中建立的NAO机器人下肢的简化模型导入到ADAMS软件中，根据规划得到的各关节的轨迹，完成机器人步行运动仿真。由仿真动态图以及各关节矢量的仿真轨迹图和理论轨迹图的对比，验证步态规划的有效性。
关键词： 双足机器人;运动学分析;步态规划
中图分类号： G642 文献标识码：A 文章编号：（2020）02-0001-01
1 引言
现如今，双足机器人的研究已然成为了机器人的领域中非常热门的课题，其融合了电子学科、计算机学科、机械学科、材料学科、传感器学科、控制技术学科及人工智能学科等诸多领域，它代表了当今世界机电一体化的最高技术水准，能显示出某个国家对智能化和自动化这两方面研究的实力[1]。
2虚拟样机建模与仿真
虚拟样机技术（Virtual Prototyping Technology）是一种被广泛使用的新技术，它在许多领域都得到广泛的应用，尤其是在设计以及制造领域最为突出。虚拟样机技术是通过软件构建起机械结构的三维立体模型和力学模型，在虚拟的情景下对产品的各种参数实现模拟和分析，不断改进该机械系统的设计以期达到理想目标[2]。
在本文中我们在 Pro/E 软件中构建NAO机器人下肢的简化虚拟样机模型，通过前面一章规划的各个关节轨迹、角度、角速度等信息，然后将这些信息以及在Pro/E中构建的模型代入ADAMS 软件中，实现机器人根据三步规划法的行走仿真。为了减少建模时间使模型更加简化而又不失真实性，把一些多余的零件忽略掉，只需要建立的模型的各个参数与实际的NAO机器人的参数值相一致就可以了，这样虚拟样机与物理样机就是等价的。规划好的人形机器人步态可以通过ADAMS软件实现模拟步态行走，同时可以输出各个关节的转角以及轨迹的信息来证明步态规划算法的可行性。
2.1人形机器人仿真实验分析
图2-1所示在Pro/E中建立的NAO机器人的下肢简化模型代入到ADAMS软件中的截图。这个模型简化了NAO机器人的下肢但是各个关节的尺寸和质量是根据2.1节所列举的实体机器人的各个关节尺寸建立的，例如两条腿的长度、脚掌的尺寸、髋关节之间的距离以及质量等，最后为虚拟样机建立的模型设置运动副、添加驱动和约束条件等。
2.2人形机器人仿真验证和数据分析
通过遗传算法优化得到的参数值根据逆运动学算法能够获得各个关节的转角值[3]。然后导入到ADAMS中进行仿真实验。我们截取在该仿真平台的虚拟样机前向行走时某些特殊时刻的若干姿态状态图，如图2-2和2-3所示。设置整个步长周期为1.5s，包含了起步、周期步行和止步这三个主要的步行阶段。机器人在行走的时后先是膝盖弯曲，然后为了确保机器人的稳定性，重心降低。然后抬右脚，向前跨出一个步长，机器人的重心由右脚逐渐偏移到左脚，当右脚落地时，机器人的重心逐渐偏移到两腿之间。然后机器人抬左脚，同样迈出一个步长，机器人的重心又从左脚逐渐偏移到右脚，当左脚落地时，机器人的重心逐渐偏移到两腿之间，这样机器人的整个步行周期就完成了，机器人的整个行走阶段就是一个不断执行机器人步行周期的过程。
通过在ADAMS软件中的仿真实验，证明机器人能够稳定的步态行走而且具有很好的效果。
下面通过ADAMS中的分析软件对机器人下肢的仿真进行分析，对比各关节转角速度的运动轨迹曲线与规划好的轨迹曲线是否符合。图2-4是机器人步行时右腿各关节的角速度与时间的关系的仿真曲线。
本文又分别对NAO机器人在仿真软件中行走阶段右脚踝关节与髋关节的位移轨迹曲线，分别踝关节侧向移动的轨迹曲线以及髋关节的轨迹曲线进行比较，可以清楚的发现仿真曲线与理论曲线的重合度很高。又对NAO机器人在仿真行走过程中髋关节左右摆动的仿真轨迹俯视图，髋关节理论上的軌迹规划图进行比较，可以发现髋关节仿真的轨迹曲线与理论规划的轨迹曲线重合度很高由此可以得出结论：根据遗传优化方法可以使机器人实现稳定的步行。
3小结
本文主要目的是对已经规划好的步态参数进行优化并且在ADAMS中建立人形机器人的虚拟样机模型，在步态参数优化的过程中应该考虑到人形机器人步态的多个目标：稳定性、能耗、行走速度。对以上这三个目标共同进行优化，这时可以获得一组满足步态参数约束条件的多目标Pareto最优解，将这组解导入到ADAMS中进行仿真，对比理论上的轨迹和仿真得到的各关节的轨迹、角速度，都得到了预期的效果，说明了遗传算法的有效性，可以得到满意的多目标步行的稳定步态。
参考文献
[1]满翠华，范迅，张华等.类人机器人研究现状和展望[J].农业机械学报.2016.09.054
[2]朱晓光.人形机器人步态与路径规划研究[D].华北电力大学，2012
[3]徐华. 人形机器人越障的步态规划研究[D]. 重庆大学.2013.
关键词： 双足机器人;运动学分析;步态规划
中图分类号： G642 文献标识码：A 文章编号：（2020）02-0001-01
1 引言
现如今，双足机器人的研究已然成为了机器人的领域中非常热门的课题，其融合了电子学科、计算机学科、机械学科、材料学科、传感器学科、控制技术学科及人工智能学科等诸多领域，它代表了当今世界机电一体化的最高技术水准，能显示出某个国家对智能化和自动化这两方面研究的实力[1]。
2虚拟样机建模与仿真
虚拟样机技术（Virtual Prototyping Technology）是一种被广泛使用的新技术，它在许多领域都得到广泛的应用，尤其是在设计以及制造领域最为突出。虚拟样机技术是通过软件构建起机械结构的三维立体模型和力学模型，在虚拟的情景下对产品的各种参数实现模拟和分析，不断改进该机械系统的设计以期达到理想目标[2]。
在本文中我们在 Pro/E 软件中构建NAO机器人下肢的简化虚拟样机模型，通过前面一章规划的各个关节轨迹、角度、角速度等信息，然后将这些信息以及在Pro/E中构建的模型代入ADAMS 软件中，实现机器人根据三步规划法的行走仿真。为了减少建模时间使模型更加简化而又不失真实性，把一些多余的零件忽略掉，只需要建立的模型的各个参数与实际的NAO机器人的参数值相一致就可以了，这样虚拟样机与物理样机就是等价的。规划好的人形机器人步态可以通过ADAMS软件实现模拟步态行走，同时可以输出各个关节的转角以及轨迹的信息来证明步态规划算法的可行性。
2.1人形机器人仿真实验分析
图2-1所示在Pro/E中建立的NAO机器人的下肢简化模型代入到ADAMS软件中的截图。这个模型简化了NAO机器人的下肢但是各个关节的尺寸和质量是根据2.1节所列举的实体机器人的各个关节尺寸建立的，例如两条腿的长度、脚掌的尺寸、髋关节之间的距离以及质量等，最后为虚拟样机建立的模型设置运动副、添加驱动和约束条件等。
2.2人形机器人仿真验证和数据分析
通过遗传算法优化得到的参数值根据逆运动学算法能够获得各个关节的转角值[3]。然后导入到ADAMS中进行仿真实验。我们截取在该仿真平台的虚拟样机前向行走时某些特殊时刻的若干姿态状态图，如图2-2和2-3所示。设置整个步长周期为1.5s，包含了起步、周期步行和止步这三个主要的步行阶段。机器人在行走的时后先是膝盖弯曲，然后为了确保机器人的稳定性，重心降低。然后抬右脚，向前跨出一个步长，机器人的重心由右脚逐渐偏移到左脚，当右脚落地时，机器人的重心逐渐偏移到两腿之间。然后机器人抬左脚，同样迈出一个步长，机器人的重心又从左脚逐渐偏移到右脚，当左脚落地时，机器人的重心逐渐偏移到两腿之间，这样机器人的整个步行周期就完成了，机器人的整个行走阶段就是一个不断执行机器人步行周期的过程。
通过在ADAMS软件中的仿真实验，证明机器人能够稳定的步态行走而且具有很好的效果。
下面通过ADAMS中的分析软件对机器人下肢的仿真进行分析，对比各关节转角速度的运动轨迹曲线与规划好的轨迹曲线是否符合。图2-4是机器人步行时右腿各关节的角速度与时间的关系的仿真曲线。
本文又分别对NAO机器人在仿真软件中行走阶段右脚踝关节与髋关节的位移轨迹曲线，分别踝关节侧向移动的轨迹曲线以及髋关节的轨迹曲线进行比较，可以清楚的发现仿真曲线与理论曲线的重合度很高。又对NAO机器人在仿真行走过程中髋关节左右摆动的仿真轨迹俯视图，髋关节理论上的軌迹规划图进行比较，可以发现髋关节仿真的轨迹曲线与理论规划的轨迹曲线重合度很高由此可以得出结论：根据遗传优化方法可以使机器人实现稳定的步行。
3小结
本文主要目的是对已经规划好的步态参数进行优化并且在ADAMS中建立人形机器人的虚拟样机模型，在步态参数优化的过程中应该考虑到人形机器人步态的多个目标：稳定性、能耗、行走速度。对以上这三个目标共同进行优化，这时可以获得一组满足步态参数约束条件的多目标Pareto最优解，将这组解导入到ADAMS中进行仿真，对比理论上的轨迹和仿真得到的各关节的轨迹、角速度，都得到了预期的效果，说明了遗传算法的有效性，可以得到满意的多目标步行的稳定步态。
参考文献
[1]满翠华，范迅，张华等.类人机器人研究现状和展望[J].农业机械学报.2016.09.054
[2]朱晓光.人形机器人步态与路径规划研究[D].华北电力大学，2012
[3]徐华. 人形机器人越障的步态规划研究[D]. 重庆大学.2013.