双足机器人仿真和性能优化

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1、分类号学号M200970276学校代码10487密级硕士学位论文双足机器人仿真与性能优化学位申请人：杨前禄学科专业：机械电子工程指导教师：肖鹏副教授陈幼平教授答辩日期:2012年1月18日AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringBipedalRobotSimulationAndPerformancePtimizationCandidate:YangQianluMajor:MechatronicEngineeringSupervisor:Associat

2、eProf.XiaoPengProf.ChenYoupingHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei430074,P.R.ChinaJan.,2012独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用

3、学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要双足机器人研究是一个复杂的机电一体化研究课题，它对于促进机械、控制、通信、计算机等技术的相互融合有很大帮助。本文就性能优化这个方向进行研究，主要做了以下几个方面的工作：首先是简要地介绍了国内外

4、的研究历史和现状，并指出了了研究中面临的几个问题。针对这些问题中的稳定性和能耗性问题，本文提出了专注于步行参数的解决方案。接着，参照人体和日本本田公司设计的ASIMO机器人比例，我们给出了此次研究的双足机器人的机械设计方案，并在CATIA中建立了双足机器人的三维模型。其次，考虑到双足机器人的结构和步行特点，本文提出了基于倒立摆的步态规划设计方法，并借助MATLAB规划出了各个关节的轨迹曲线。再次，介绍了MATLAB和ADAMS的虚拟样机联合仿真方案。最后，在联合仿真的环境中，完成了基于遗传算法的双足机器人的性能优化。本文的主要目标获得最优步行参数，这一目标是通过多目标遗传算法实现的

5、。对于多目标遗传算法，它的难点就是适应度函数的设计。因为各个目标函数的值域一般都相差很大，怎样兼顾各个目标函数在综合目标函数中的权值变得很困难。本文提出了一种新的适应度函数设计方法，应用这方法实现了多目标遗传算法，获得最优步行参数。采用得到的最优步行参数，双足机器人的稳定和能耗性能有了明显的改善，验证了这个方法的有效性。关键词：双足机器人稳定性能耗性仿真I华中科技大学硕士学位论文AbstractBipedrobotresearch,promotingtheintegrationofmechanical,control,communicationandcomputertechnolo

6、gy,isacomplexmechatronicsresearch。Thispaperfocusontheperformanceoptimizationofbipedrobotandthemainworkofpaperislistasfollowing.Firstthispaperintroducesabriefoverviewofthehistoryandcurrentstatusofresearchbothathomeandabroad,andproposessomecommonproblemofbipedrobotresearch.Tosolvetheproblem,this

7、papergivesasolution,searchingthebestwalkingparameters.Secondly,withthehelpoftherobotASIMOdevelopedbyHondaandStatisticsdataofhuman,thispapergivesamechanicaldesignschemeofthebipedrobot,andthenbuilds3DmodelinCATIA.Thirdly,concerningwiththe