论文部分内容阅读
仿人机器人的爬行及其与站立状态转换的运动规划的研究,能够有效地提高仿人机器人应对复杂环境的能力,扩大仿人机器人的活动范围,以便使仿人机器人尽早走出实验室服务于社会。目前,关于仿人机器人的研究主要集中在稳定行走方面,而机器人爬行运动的研究主要涉及到的是液压四足机器人而非仿人机器人。仿人机器人爬行状态与站立状态之间的模态转换运动是仿人机器人应对复杂环境的重要体现。本文结合国家自然科学基金项目“仿人机器人多模态运动与转换理论与方法”,从仿生学的角度出发,提出了一种基于人体运动规律的仿人机器人爬行及其与站立状态转换的规划方法,主要研究内容如下:首先,论述了本文的研究意义,调研了仿人机器人国内外发展现状,深入研究了国内外仿人机器人爬行及其与站立状态转换的运动规划的相关文献,并确定了本文的主要研究内容。其次,基于人体运动规律建立了仿人机器人多连杆模型,采用双浮动基方式,推导了仿人机器人的正运动学和逆运动学。针对仿人机器人模型特点,在仿人机器人爬行运动过程中,提出规划了仿人机器人Crawl爬行步态。再次,仿人机器人的爬行状态与站立状态模态转换运动,可分为两个部分:站立状态与爬行状态模态转换运动、爬行状态与站立状态模态转换运动。在站立状态与爬行模态转换过程中,规划了仿人机器人屈膝原地下蹲运动,仿人机器人弯腰双手触地运动,仿人机器人四肢姿势调整运动;在爬行状态与站立状态模态转换运动过程中,为提高稳定性,规划了仿人机器人迈步式站起运动。最后,搭建了Adams与MATLAB/Simulink联合仿真平台,建立了仿人机器人的仿真模型。对本文提出的针对仿人机器人的爬行及其与站立状态转换运动规划方法进行了验证,得出了仿人机器人所有关节角度和关节力矩,为仿人机器人的机械设计和电机的选型提供了重要依据;另外在实体仿人机器人BHR-5上进行爬行实验,验证了本文提出爬行的规划策略的有效性。