机器人行走仿真与控制研究

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机器人技术是20世纪人类最伟大发明之一,经过近半个世纪的研究,已取得了丰硕的成果。在各式各样的机器人中,仿人机器人是结构最复杂、集成度最高的一种机器人。由于仿人机器人外形和运动方式与人接近,因此非常适合人类的工作和生活环境,与人类协同工作。仿人机器人的发展对人类影响巨大。在人类的行为中,最大的特征为步行功能,因此实现仿人机器人的稳定行走为机器人研究的首要任务。本论文重点讨论了仿人机器人的步态规划与控制仿真,通过对仿人机器人进行步态规划,建立虚拟样机模型,利用ADAMS/Control模块与Matlab的联合仿真,最终完成了仿人机器人的稳定行走仿真,并对控制系统的控制参数进行了优化设计。论文首先介绍了国内外仿人机器人的发展状况与应用,以及仿真技术在机器人研究中的应用与发展状况。引出利用虚拟样机技术研究仿人机器人行走的分析方法,并介绍了本论文的主要研究内容。论文对仿人机器人的结构进行了分析,利用CATIA软件曲面造型模块建立了仿人机器人的三维模型。将其导入ADAMS建立虚拟样机模型,接着利用一级倒立摆模型对仿人机器人进行了步态规划。为了保证仿人机器人的稳定行走,论文在Matlab的Simulink工具箱中建立了仿人机器人行走的控制方案,并通过ADAMS/Control模块实现了仿人机器人行走的联合控制仿真,验证了步态规划的准确性,为仿人机器人物理样机的研制提供了理论依据。为了提高仿人机器人控制系统的精度和响应速度,论文最后利用VC++编写自适应遗传算法(AGA),通过ADAMS编译器生成动态链接库文件,利用ADAMS优化设计的用户自定义算法接口USER2引入到ADAMS中,对控制系统参数进行了优化设计。通过对比看出,优化后的控制系统的响应速度和精度比优化前有明显提高。
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