被动双足机器人稳定性分析与步态控制

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1、万方数据分类号：TP751．1@单位代码：11232密级：◆?京信息科技太学工学硕士学位论文被动双足机器人稳定性分析与步态控制学院：学科(专业)：学号：作者：指导教师：完成日期：自动化学院模式识别与智能系统2012020175张朝旭张奇志教授-0一四年十二月二十日万方数据学位论文版权使用授权书本人完全了解北京信息科技大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本。学校有权保留学位论文并向中国科学技术信息研究所等国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文

2、。学校有权适当复制、公布论文的全部或部分内容。学校有权将本人的学位论文加入《中国优秀硕士学位论文全文数据库》和编入《中国知识资源总库》。学位敝储虢嬲坦沙，r年；月∥日口公开口保密(——年——月)(保密的学位论文在解密后应遵年月日学位论文作者签名：；聪习坦叩披年≥只蜩万方数据硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文题目为《被动双足机器人稳定性分析与步态控制》学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除了文中特别加以标注的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、己公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡

3、献的其他个人和集体，均己在文中以明确方式标明并表示了谢意。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。作者签字：乡赠日够y／t"年弓月肜日万方数据摘要被动双足机器人是机器人研究领域的一个重要的分支，以结构简单、能耗低、类人步态等特点被人们所熟知。由于被动双足机器人的发展时间较短，相关的研究尚未成熟，被动双足机器人尚不能应用于社会生产实践中。但是，被动双足机器人广阔的应用前景和实用价值，使得被动双足机器人成为近年来机器人研究领域的热点。本文以Compass．1ike被动双足机器人简化模型为基础，在前人研究的基础上通过引入驱动控制装置设计了一种理论上能够实现水平面行走的被动

4、双足机器人模型。针对模型进行合理简化，通过对被动双足机器人模型的步态分析，将模型周期步态分为两个阶段：摆动腿摆动阶段和摆动腿足地冲击阶段。针对机器人步态的不同阶段分别采用拉格朗日第二类方程和角动量守恒等方式进行动力学建模。根据建立的被动双足机器人动力学模型进行稳定性分析。引进庞加莱映射，通过Newton-Raphson迭代法求解被动双足机器人的稳定不动点和机器人模型的稳定性判据。通过MATLAB仿真实现被动双足机器人稳定周期步态极限环。讨论并分析了影响被动双足机器人模型稳定周期步态行走的情况，得出了被动双足机器人模型稳定步态行走的初始条件。通过分析被动双足机器人模型的

5、各部分机械结构参数对模型稳定性的影响对被动双足机器人的机械结构参数进行优化。考虑到模型引入外部驱动，针对模型的外部驱动引入扰动分析模型的鲁棒性。针对被动双足机器人模型，为实现模型的稳定周期步态行走，采用三种步态控制：PID控制、迭代学习控制以及单神经元控制。利用MATLAB对三种控制方式进行周期步态和速度切换的仿真实验。结合三种控制方式的各自的控制特点和实验仿真结果进行对比分析。通过工作总结展望被动双足机器人的研究方向和应用前景。仿真关键词：被动双足机器人；建模；参数优化；稳定性；鲁棒性；步态控制；万方数据ABSTRACTPassivebipedrobotisalli

6、mportantresearchbranchfieldofrobotics．Itiswellknownbylotsofcharacteristics，suchassimplestructure，lowenergyconsumption，human-likegaitandSOon．Sincethedevelopmentofpassivebipedrobotisinashorttime，andrelevantresearchisnotyetmature，passivebipedrobotcannotbeappliedtosocialproductionpractice．H

7、owever,thebroadapplicationprospectandpracticalvalueofpassivebipedrobot，makingpassivebipedrobothasbecomeahotresearchfieldinrecentyears．Inthispaper,wedesignedapassivebipedrobotwithadrivecontroldevicewhichCanwalkonlevelintheory,anditisbasedonthebasisofpreviousstudiesandCompass—lik