双足步行机器人的运动规划方法研究

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与其它机器人相比,双足机器人具有更高的灵活性,更适合在人类的生活和工作环境中与人类协同工作,而不需要专门为其对环境进行大规模改造。目前国内外的研究工作多集中在步行动作的控制研究上。然而,双足机器人要想获得与人类相接近的运动能力,就必须要能够实现更加复杂的运动,如爬楼梯、越障、起立、躺下,甚至是奔跑、翻滚、跳跃等高难度的动作,这就需要更加精巧的机械结构。这给机器人的运动规划和控制方法都提出了很大的难题。本文以双足机器人为研究对象,主要做了以下两方面的工作:其一、起立运动作为双足机器人运动规划的一个重要环节。鉴于双足机器人精巧的机械结构造成的不稳定性和机器人的容易翻倒的弱点,本文提出了一种机器人的起立规划方法。该方法能实现稳定自然流畅的起立运动,同时能保证在站立状态下执行相同的动作而不翻倒。它能使机器人在没有大毁坏的翻倒的情况下实现自起立,在一定程度上防止机器人因误操作而造成的翻倒。其二、双足步行方法作为双足步行机器人的一种关键技术。在侧向步行中,其他类似研究采用模拟人类步行的方法:迈出移动脚之前,先向支撑脚移动重心的仿生方法。本论文基于半被动步行研究理论和控制理论,从机器人自身的特点出发,提出了一种不预先向支撑脚移动重心的非仿生侧向步行方法。该方法能在普通的双足机器人上实现,具有实现简单、可控性增加等特点。论文讨论了起立运动和侧向步行方法的规划过程和实现过程。分析了机器人的在起立运动和侧向步行中的稳定性。最后的实验结果表明了起立运动和侧向步行方法都是可行而且有效的。
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