仿人机器人步行运动学建模与仿真.pdf

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1、第28卷第1期2015年1月机电产品开簋与剀新Devel叩m即t＆I加州“∞ofM们lIinery＆Elec啊calProduct8VOI．28．NO．1J钔一2015文章编号：1002—6673(2015)01-014—04仿人机器人步行运动学建模与仿真马飞，赵建伟，朱斌，孙志坤，贾瑞清(中国矿业大学(北京)，北京100083)摘要：为研究仿人机器人步行、跑动和跳跃等技术问题．并实现仿人机器人在复杂非结构的人类生活环境中的应用。建立了刚柔耦合的仿人机器人系统：用D—H坐标变换法建立数学模型并得出正逆运动学公式及其解析解；规划出机器人稳定无冲击的行走步态，将Sohdworb实体模

2、型导入虚拟样机AdaIlls中进行运动仿真，仿真结果与规划步态基本一致．验证了所建立的数学模型和实体模型的正确性，为仿人机器人动力学分析和步态优化提供了研究平台。关键词：仿人机器人；数学模型；运动仿真；S01idworkS；AdaIlls中图分类号：’I’P24文献标识码：Adoj：lO．3969／i．issn．1002—6673．2015．01．005Ki呦a廿cM葩eH驾andSimula廿onofH哪蛐。试RobotW枷dng删屁i，zHA0胁一矽ei，脚U日in，S洲27li《吼，肌R撕一Q幢(Chillau11iVe岱ityofMiningalldTecllllolog

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6、类协同工作Ⅱ】。步行能力是仿人机器人最基本也是最重要的能力，本文针对本课题组设计的一款仿人机器人，建立其下肢的数学模型，求解其逆运动学公式；规划本机器人完整的行走步态，并导入完整的Ad锄s仿真模型，将该步态在虚拟样机里实现，以验证数学模型和仿真模型的正确性。修稿日期：2014-09—24项目来源：中央高校基本科研业务费项目(2011Ⅵ02)作者简介：马飞(1990一)，男，硕士研究生。研究方向：机器人技术与设备。141数学模型建立仿人机器人下肢部分是关乎其行走的关键机构，本仿人机器人下肢具有10个自由度，其中2×3=6个控制前向运动，2×2：4个控制侧向运动为描述杆件之间的相对位

7、置关系，采用D—H矩阵表示法建立连杆坐标系闼。因仿人机器人自由度数较多和不存在固定基座等问题。提出一种新思路，将参考坐标系W建立在机器人两髋关节中心连线的中点在地面的投影点上，在行走过程中此投影点随着机器人向前运动，参考坐标系也随之往前运动。即相当于有一个虚构的杆件在“支撑”着机器人，这样求解左右脚运动就是相对独立的，避免了因左右脚交替支撑地面(甚至在跑步时双脚都腾空)而引起的求解需划分区间和求解复杂的问题。并且在求解左右脚运动时各自的求解误差不会相互积累，提高了运动精度。将机器