仿人机器人的步态规划和稳定控制控制理论与控制工程专业论文.docxVIP

浙江大学硕十学位论文摘要 浙江大学硕十学位论文 摘要 仿人机器人是机器人领域的一个研究热点和重要的研究方向。本文介绍了国 内外仿人机器人的发展现状，并以浙江大学自主设计的仿人机器人为背景，搭建 基于Matlab．Adams仿人机器人运动规划离线仿真平台；提出仿人机器人步态稳 定控制与关节执行机构的优化；针对运动中摆动肢体对机器人轴向影一向带来的不 稳定的问题，设计仿人机器人竖直轴向的角动量补偿算法。 本文的主要研究工作如下： 1．搭建基于Matlab和Adams的离线仿真平台，实现机器人多连杆模型的正 运动学、逆运动学、ZMP稳定的计算以及机器人步态规划算法的仿真。通过该 仿真平台仿真仿人机器人的步态，确保设计出的步态规划用到实际机器人上的安 全性，加快步态规划算法的有效性测试。同时在仿人机器人的机械设计中，通过 仿真得到不同时速下的电机参数，供设计选型使用。 2．提出在关节执行机构能力约束条件下的仿人机器人步态规划在线优化算 法。该算法根据三连杆的模型推算机器人的腿部关节力、关节速度和关节力矩的 信息，通过仿真实验验证是否能和规划的运动参数相结合，进而优化关节信息和 稳定域这两个约束条件。使仿人机器人关节执行机构的输出和稳定域之间的关系 达到平衡，优化在关节执行能力约束条件下的稳定域。 3．由于仿人机器人在高速运动时，快速摆动的肢体在竖直方向产生的角动 量对机器人本体有较大的影响。本文提出并实现了在线计算仿人机器人摆动腿运 动或打球运动所引起的竖直角动量变化，并设计优化补偿，保证机器人更稳定。 该算法的主要思想是通过将上半身看成一个整体，通过腰部偏摆方向的旋转来补 偿运动肢体引起的仿人机器人竖直方向的角动量。并将该算法成功应用到实际机 器人“kong”上。 关键词：仿人机器入，ZMP，步态稳定优化．动量补偿 111 浙江大学硕士学位论文Abstract 浙江大学硕士学位论文 Abstract The research of Humanoid robots is one of the most active topics in robotic field． In this paper’the development of humanoid robots in the world is introduced and the subject about stable biped gait generating and balance control of the humanoid robot “kong”，which is designed by Cyber System and Control Institute of Zhej iang University,is focused on．In the paper，the offline simulation environment for humanoid robot biped gait generating by matlab and Adams is introduced，an on—line generating angular momentum compensation with waist joint is proposed and an optimal on-line walking paaem generation for biped robots is advised． The main work ofthe paper is listed below： 1．The off-line simulation platform with matlab and Adams for the humanoid robot“kong”is structured．The calculation of kinematic／inverse kinematic，angular ／l inear momentum and ZMP based on linkage models of the humanoid robot of ‘‘kong”is fulfilled．The platform can simulate the gait planning and control algorithm of the biped robot，which Can make the gait planning work of biped robot more successful ly． 2．A walking pattern generation method is proposed for biped robots．The key feature of the proposed method