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《雙足機器人步態(tài)規(guī)劃與運動學(xué)仿真研究.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、雙足機器人步態(tài)規(guī)劃與運動學(xué)仿真研究董金波(黑龍江科技學(xué)院機械工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150027)ResearchofGaitPlanningandKinematicsSimulationforBipedRobotDONGJin—b0(CollegeofMechanicalEngineering，HeilongjiangInstituteofScienceandTechnology，Harbin150027，China)摘要：針對雙足機器人數(shù)學(xué)描述復(fù)雜、機器人運具有較強的越障能力，它的移動盲區(qū)很小，此外，雙動學(xué)分析較為困難的
2、問題，建立了機器人的運動學(xué)足機器人與其它足式機器人相比，具有體積小、重量模型，提出了一種基于ZMP判據(jù)的兩步步態(tài)規(guī)劃輕、動作靈活等特點，并且類似于人類的步行特點，方法，對機器人的前向運動進行了步態(tài)規(guī)劃，采用工因此對環(huán)境有最好的適應(yīng)性l_】]。在實際應(yīng)用中，人程上廣泛應(yīng)用的三次樣條插值的方法得到機器人關(guān)形機器人可用于有放射性、危險及其它對人體有害節(jié)的運動軌跡。利用Matlab軟件中的SimMechan—的環(huán)境中取代人類勞動，或把人類從高強度、長時間ics工具箱建立機器人仿真模型，仿真結(jié)果驗證了步及單調(diào)乏味的工作中解脫出來，具
3、有廣闊的應(yīng)用前態(tài)規(guī)劃的可行性，為機器人樣機的研制提供理論依景[2]。雙足步行機器人在具有上述難以取代的優(yōu)越據(jù)。性的同時，也存在很多的技術(shù)難關(guān)，雙足步行機器人關(guān)鍵詞：雙足機器人；步態(tài)規(guī)劃；運動學(xué)；仿真系統(tǒng)存在著高階、強耦合、多變量及非線性等特性，中圖分類號：TP242．6這些特性使得雙足步行機器人的運動學(xué)和動力學(xué)的文獻標(biāo)識碼：A精確求解非常困難，這往往導(dǎo)致了機器人的規(guī)劃運文章編號：10O1—2257(2011)07—0066—03動與實際運動有較大的出入[3]。步態(tài)規(guī)劃是雙足步Abstract：Aimingattheprob
4、lemsofthero—行機器人研究中的一個關(guān)鍵技術(shù)，要實現(xiàn)和提高機bot’Scomplexmathematicdescriptionanddifficult器人的行走性能，必須研究實用而有效的步態(tài)規(guī)劃movementanalysis，itskinematicsmodelisbuilt，a方法，從而使機器人實現(xiàn)穩(wěn)定步行，因此對雙足步行methodoftwo—stepgaitplanningisgivenbased機器人步態(tài)規(guī)劃的研究具有很高的學(xué)術(shù)價值和現(xiàn)實ZMPcriterion，gaitplanningiscarried
5、forforward意義。movementandrobotjointmotiontraceisgottenby1雙足機器人運動學(xué)模型usingthemethodofthreeordersplineinterpolationfunction．Thesimulationmodeloftherobotisbuilt通過對國內(nèi)外雙足機器人的自由度和人的關(guān)節(jié)throughSimMechanicstoolboxinMatlabsoft—自由度的分析，設(shè)計了具有1O個自由度的下肢機構(gòu)ware，simulationresultsvalid
6、atefeasibilityofgait(髖關(guān)節(jié)2個，膝關(guān)節(jié)1個，踝關(guān)節(jié)2個)。髖關(guān)節(jié)和planning，atheoreticalbasisisprovidedforthede—踝關(guān)節(jié)各有1個自由度負(fù)責(zé)前向運動，1個自由度velopmentoftheprototype．負(fù)責(zé)側(cè)向運動；膝關(guān)節(jié)只有1個自由度負(fù)責(zé)前向運Keywords：bipedrobot；gaitplanning；kine—動。雙足機器人機構(gòu)各桿件的參數(shù)如表1所示。matics；simulation表1雙足機器人桿件參數(shù)0引言雙足機器人與傳統(tǒng)的輪式、履帶式機器
7、人相比收稿日期：2011一O3—04基金項目：黑龍江科技學(xué)院青年基金(07—06)·66·《機械與電子)>2011(7)雙足機器人雙足機器人腿部10個自由度，全部是轉(zhuǎn)動關(guān)f一sO30l1節(jié)，采用D—H法建立機器人的齊次坐標(biāo)系，如圖1scO30OT—所示。每個關(guān)節(jié)建立一個坐標(biāo)系，其中建立在機器0010人右腳中心的坐標(biāo)系—X。為參考坐標(biāo)系，0001建立在機器人軀干中心的坐標(biāo)系一X。y。Z。和左C04一sO_0Z2腳中心的坐標(biāo)系0。一x：y1Z為虛擬坐標(biāo)系，使計54cOd00jT一算結(jié)果更為直觀的一種參考。OO100001一s一
8、cO5000?！?T一c5一sO50O001000．5l門01001；T=001010001J同理可得到左腳中心至腰部的齊次變換矩陣，設(shè)機器人行走過程中上身始終與地面垂直，機器人圖l雙足機器人腿部齊次坐標(biāo)系中心到參考坐標(biāo)系的變換矩陣可表示為：由機器人知識可知：桿件坐標(biāo)系i相對于i一1100P1的變化記
