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双腿行走机器人是一种可模拟人类双腿行走功能的高级智能机器人,容易适应人类生活环境,具有代替人类在危险环境下进行重复、高强度、高精度工作的潜力。目前研制的双腿行走机器人步态和人还存在明显差异。生物医学康复领域研究用微处理器控制的智能假肢来代替残疾人残缺的肢体。装配智能下肢假肢的残疾人行走步态同正常人很相似。把高级智能假肢——智能仿生腿引入到双腿行走机器人研究中来,必将促进行走机器人的研究。人类正常行走情况下双腿对称,但在特殊情况下,如下肢残疾、崴脚等情况下,双腿可在不对称情况下行走。不对称双腿行走也是人类智能的体现。研究不对称双腿行走可增强双腿行走机器人的行走功能。
本文在异构双腿机器人硬件系统搭建成功的基础上,提出了异构双腿机器人的控制与步态规划方案,并作出了实验结果。首先为了模拟人的大腿运动,提出了髋关节控制解决方案,通过工控机与固高控制卡对髋关节电机进行控制,使髋关节步态基本达到人体步态;其次对于已搭建好的动力学模型进行完善,通过遗传算法对模型中部分参数进行了参数辨识,以保证公式误差减小到最低;最后提出了步态规划方案,主要包括步态感知和步态识别两部分,步态感知通过六维力传感器对地面反力进行测量,步态识别通过过程神经网络对六维力/力矩传感器采集到的地面反力参数进行识别,最后得到当前步态。
异构双腿机器人控制复杂,研究较困难。利用VC++6.0开发出了髋关节控制程序、参数辨识程序、六维力/力矩传感器数据采集程序和基于过程神经网络的步态识别程序。
本论文重点研究了智能仿生腿的控制及步态,并提出了过程神经元,为异构双腿行走机器人软件控制的进一步研究创造了良好的基础。