仿人机器人上楼梯行走稳定性研究.pdf

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1、ComputerEngineeringandApplications计算机工程与应用2010，46(3)195仿人机器人上楼梯行走稳定性研究肖乐，李明杰XIAOLe，LIMing-jie常熟理工学院计算机科学与工程学院，江苏常熟215500SchoolofScienceandEngineering，ChangshuInstituteofTechnology，Changshu，Jiangsu215500，ChinaE—mail：xiaole66@126．comXIAOLe，LIMing-jie．ResearchOilwalkjngstabilityofhumanoidrobo

2、tupstairs．ComputerEngineeringandApplications．2010．46C3)：195—197．Abstract：Thefocusistheproblemofwalkingstabilityinhumanoidrobotgoingupstairs．Gaitplanningofahumanoidrobotgo-ingupstai玛andtheareaofstableregionandstabilityInl婚narededuced．Thecontrolstrategyofwalkingstabilityofhumanoidrobotisprop

3、osed．Thesituationofposturechangeandtheparametersofjoints眦obtainedbysimulation．Thisresearchestablishesthefoundationforon—linecontrolofhumanoidrobot．Keywords：humanoidrobot；gaitplanning；stabilitymargin；controlshategy摘要：针对仿人机器人上楼梯行走稳定性问题，进行了步态规划、稳定区域和稳定裕量的计算、控制策略等关键技术的研究。通过仿真，得到稳定行走姿态变化情况及各关节参

4、数，为研究实时控制提供了依据。关键词：仿人机器人；步态规划；稳定裕量；控制策略DOI：10．3778／j．issn．1002-8331．2010．03．060文章编譬：1002—8331(2010)03-0195--03文献标识码：A中图分类号：TP242仿人机器人双足行走优于一般轮式和履带式移动方式，它能灵活地适应各种地面环境，并且具有较高的逾越障碍能力，能够方便地上下台阶及通过不平整、不规范或狭窄的路面，可以随时走到需要的地方。多年来，仿人机器人的研究主要集中在实现平整地面上双足稳定行走，并取得了一些成果㈣，但是如何在复杂地面上实现快速稳定行走一直是仿人机器人研究中的瓶

5、颈I、ⅡJ题嗍。文章针对仿人机器人上楼梯行走稳定性问题，进行了步态规划、稳定区域和稳定裕量的计算、控制策略等关键技术的研究。通过仿真实现了稳定行走。1仿人机器人上楼梯步态规划仿人机器人上楼梯模型如图l所示。假设—个步行周期开始时，右腿为支撑腿，左腿开始摆动，由于左右腿对称，所以只需要对摆动左腿的运动轨迹进行规划，右腿运动轨迹与左腿仅相差半个周期。设踝关节位置坐标为：P严以t)，：，(t)，鳅t)r；髋关节位置坐标为：踞k(t)，Zh(t)，巩(t)r，巩(t)表示上体的倾角；揶％是左脚摆动的起始位置坐标；靠、孙为左脚落地的位置坐标江为台阶的宽度；日为台阶的高度。1．1摆动腿

6、踝关节轨迹规划假设—个步行周期为￡，第k步是以左脚后跟离开地面的瞬间开始(t--kT。)，又以左脚后跟与地面接触瞬间结束拄(_

7、}+1)瓦，双脚支撑期为乃。可以得到踝关节在XOZ平面内的位置坐标关键点x又t)、。f(￡)。其中，z。表示脚尖到脚掌重心的距离；如表示(瓤。：^，(每，和，B)图1仿人机器人t：楼梯模型脚后跟到脚掌重心的距离；^，为脚踝高度；瓦表示仿人机器人跨过—个台阶长度的时刻。ix∞+2Lkt=k，：稚+2

8、醵+厶(1-cosl9A+Msin0，lf=I

9、}瓦+死x毋+2Lk+Lt=k瓦+瓦x≯+2L(k+1)-lb(1--cosS／)-／blsinS弦l拉

10、(知+1)瓦x毋+2L(k+1)t=(J

11、}+1)疋+死x毋+2L(k+2)I=(I

12、}+2)￡z蟑+2Hk+hit=-k疋z乒+2Hk+hicos艮+Usin0，l括％￡+乃z蟑+2Hk嘶柑础聃瓦铷+2日(后+1)+^，cos曝+厶Isin艮It=(Ji}+1)Zz毋+2H(k+1)+^，I=(屉+1)疋+死和+2日(后+2)+吩I=(蠡+2)E作者简介：肖乐(1981一)，女，助教，主要研究方向：仿入机器人步态规划，智能控制；李明杰(1963．-)，男，副教授，主要研究方向：智能控制。网络工程等。收稿日期：20