双足机器人步行仿真与实验研究

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1、上海交通大学硕士学位论文摘要双足机器人步行仿真与实验研究摘要仿人机器人是一个热门的研究领域，汇集了计算机、电子、通信、自动控制、传感器等多各领域的尖端技术，代表了机电一体化的最高成就。双足机器人是仿人机器人研究的基础，关节众多、结构复杂，有必要在物理样机制造之前，建立一套虚拟原理样机系统。本文以双足机器人为研究对象，主要做了以下几方面的工作。首先，回顾和总结了仿人机器人的研究历史和发展现状，对国内外各主要研究机构设计的仿人机器人进行了分析和对比，并介绍了本文研究的主要内容。接着，根据人体结构比例给出了双足机器人机构设计方案，主要包括髋关节、膝关节、踝关节和脚部的设计

2、。为了使所设计的机器人能够模拟人的动作，参考人的各个关节运动范围，定义了机器人各个关节角的运动范围。其次，由于仿人机器人大部分的重量集中在上半身，因此可以把机器人看作是一个倒立摆，根据机器人的结构特点，对机器人采用倒立摆原理进行了离线的步态规划，并通过ZMP判定准则验证了步态的稳定性。再次，利用动力学仿真软件ADAMS建立了双足机器人的虚拟样机，利用Matlab中的Simulink工具箱建立了机器人的控制系统，通过ADAMS/Controls接口模块实现了两者的联合仿真，验证了步态规划、控制算法的有效性，并得到了机器人在步行过程中各个关节的力矩变化曲线，为选择电机、

3、减速器等部件提供了依据。最后，搭建了双足机器人的实验平台，并在上面进行了单关节调试、多关节调试、下地步行与其它规划动作调试等实验，实验中机器人各关节达到了较高的伺服精度，整体运行协调、平稳，取得了良好的实验效果，并第I页上海交通大学硕士学位论文摘要对试验结果进行分析并给出了系统存在的不足和改进意见。关键词：双足机器人，步态规划，动力学，虚拟样机，联合仿真第II页上海交通大学硕士学位论文ABSTRACTWalkingSimulationandExperimentalStudyofBipedRobotABSTRACTHumanoidrobotisahotresearch

4、field,whichisacombinationofcomputerscience，electronics，communications，controlscience，sensors，andothertechnologies.Itrepresentsthehighestachievementinmechanicalandelectricalintegration.Bipedrobotisthebaseofhumanoidrobot.Ithasmanyjointsandcomplicatedstructure.Soitisnecessarytobuildavirtu

5、alprototypeofbipedrobotbeforemakingthephysicalsample.Thispapergetsthebipedrobotasaninvestigativetarget,andthemainworkinthispaperislistasfollowing:Firstly，thispaperreviewsandsummarizesthebipedrobotresearchhistoryanddevelopmentstatus.Ianalyzeandcomparethebipedrobotdesignedbydifferentrese

6、archinstitution，andgaveouttheframeofthepaper.Secondly，IExpressedthedesignofthebipedrobotaccordingthehumanbodyproportion,mainlyincludingthedesignofhipjoint,kneejoint,anklejointandfoot.Inordertomaketherobottosimulatehuman’saction;Idefinedtherobot’sjointrangeaccordingtoaperson’sjoints’ran

7、ge.Thirdly,becausemostmassofhumanoidrobotconcentrateontheupperbody,therobotcouldbetakenasaninvertedpendulum.Accordingtothecharacterofrobot,Imadethegaitplanningusinginvertedpendulummodule.IevaluatedthestabilityofthegaitthroughZMPprinciple.Fourthly,Ibuiltthevirtualprototypeofbipedrobot