双足人形机器人步态规划与防推算法研究

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随着科学技术的发展与进步,机器人已经进入到人们日常生活。双足人形机器人具有很好的环境适应能力,也更加容易融入到人们的生活中。但是由于其复杂的机械结构、繁杂的模型和运动方式,目前在双足人形机器人的步态研究和适应能力研究上尚未有突破性进展。传统的双足人形机器人基于零力矩点(ZMP)、倒立摆模型(LIPM)和中枢模式发生器(CPG)等几种方法实现步态轨迹规划,但是双足机器人的运动能力仍然得不到很好的提升,也不具备环境适应能力,尤其是在受到外力干扰下的适应能力。基于前人研究的成果,本文以线性倒立摆模型(LIPM)为理论基础,应用运动学正逆解原理,构建了双足人形机器人模型,机器人具有20个自由度,并做了步态仿真,得到了一个稳定的小型双足人形机器人步态规划。本文进一步以现有实物双足人形机器人为实验载体,实现了步态的仿真和实物验证。此外,在实验过程中,对足端运动规划轨迹做了改进,得到了一个更为稳定的双足人形机器人步态规划方法。针对实物验证中存在的舵机扭矩不足导致的行走不稳定因素,对舵机的控制角度进行了数值补偿,改进了算法在实物机器人上的应用,在不同地面环境下进行了测试,验证了算法的可靠性。为了更近一步模拟人形机器人在应用过程中受到外力推动的情况,本文使用基于捕获点的原理,对机器人在受到推力的情况进行了原理分析和仿真环境下的实物验证,在仿真环境中,对不使用抗推算法的步态和使用抗推算法的步态进行了对比,获得了双足机器人在原地踏步状态下受到推力干扰后恢复站立状态的仿真实验和对比试验,得到了良好的抗推验证结果,验证了抗推算法的可靠性。
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