仿人機器人全身協同的防滑步態規劃與控制.x課件_第1頁
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文檔簡介

仿人機器人全身協同的防滑步態規劃與控制經歷了近半個世紀的發展,仿人機器人取得了巨大進步,具有廣闊應用前景。行走穩定性是仿人機器人完成作業任務,走向實用化的重要前提。足部與地面間的滑動影響仿人機器人行走穩定性,容易導致仿人機器人摔倒,造成重大損失。對于仿人機器人來說,旋轉滑動和平移滑動同時發生,然而目前的防滑研究通常只針對其中一種滑動,并且往往難以兼顧擬人協調與防滑維穩步態。為此,本文結合國家自然科學基金國際(地區)合作與交流項目“仿人機器人多模態運動與轉換理論與方法”,開展仿人機器人全身協同的防滑步態規劃與控制研究,通過全身協同運動,防止仿人機器人雙足行走過程中的旋轉與平移滑動,增強了仿人機器人的防滑能力,提高了仿人機器人的環境適應性。本文主要研究內容如下:首先,從仿生學角度出發,應用人體運動捕捉系統及地面反力/力矩測量系統采集人體運動數據,并對其進行分析,通過對比實驗研究總結了人體自然步態及其防止旋轉及平移滑動時步態的運動規律,為本文基于人體運動規律的仿人機器人全身協同防滑規劃與控制提供了仿生依據。結合人體防滑運動規律與仿人機器人動力學特性,提出了仿人機器人全身協同的防滑步態規劃與控制總體方案。其次,在仿人機器人防滑運動規劃方面,推導了線性倒立擺模型零力矩點(ZMP)與質心運動的關系,針對其模型不能反映機器人擺動腿的動力學特性等問題,提出了基于擴展的三質量模型的步態規劃方法。根據人體運動規律,設計了上下身旋轉力矩互償的軌跡規劃方法。結合三質量模型、防止足部滑動約束以及ZMP穩定裕度等約束條件,生成了兼顧擬人與防滑步態的全身協同運動優化軌跡。再次,在仿人機器人防滑控制方面,推導了仿人機器人基于三質量模型的平衡穩定動力學方程,分析了質心加速度增量與機器人ZMP增量間的定量關系,提出了基于加速度協同調整的防滑控制器設計方法。通過ZMP檢測及滑動評價指數判定分層、定量地實現了自身狀態調整,提高仿人機器人防止平移滑動能力。采用了基于彈簧阻尼模型的穩定行走控制器,降低了仿人機器人足部落地時的沖擊,提高仿人機器人復雜環境適應性。最后,通過在動力學仿真軟件以及仿人機器人BHR-5上進行步行對比實驗,對本文所提的基于擴展三質量模型的全身協同防滑步態規劃方法、基于加速度協同調整的防滑控制方法以

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