减小仿人机器人后摔伤害的运动规划

《减小仿人机器人后摔伤害的运动规划》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、减小仿人机器人后摔伤害的运动规划武赢2016年1月中图分类号：TP242.6UDC分类号：621减小仿人机器人后摔伤害的运动规划作者姓名武赢学院名称机电学院指导教师黄强教授答辩委员会主席宋萍教授申请学位工学硕士学科专业机械工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2016年1月AnOptimalPlanningofFallingMotionsofaHumanoidRobotCandidateName：YingWuSchoolorDepartment:SchoolofMechatronicalEngineeringFacultyMentor:Prof.QiangHuangChair,Th

2、esisCommittee:Prof.PingSongDegreeApplied:MasterofPhilosophyMajor：MechanicalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，2016研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工

3、作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要仿人机器人在作业过程中难以避免摔倒的风险，之前的运动规划研究中，机器人一旦摔倒因冲击力过大造成结构损坏而不能继续作业，限制了其应用范围。本文针对机器人摔倒后不能继续作业的问题，结合国家自然科学基金项目“仿人机器人多模态运动与转换理论与方法”，开展减小仿人机器人后摔伤害的研究，达到减小机器人摔倒后冲击力的问题，进而保护机器人本体结构，使其能够继续作业。主要研究内容和成果如下：首先，介绍了仿人机器人摔倒保护的研究目的和意义，总结分析了国内外仿人机器人在摔倒保护方面的研究现状和发展

4、趋势。其次，采用空间矢量法建立了基于浮动基座的仿人机器人动力学模型，推导了含有脚与地面接触约束的仿人机器人动力学方程，为仿人机器人保护与运动控制提供理论依据。第三，建立了倒立摆飞轮结合在线姿态补偿的机器人后摔模型。提出基于参数化最优控制的保护动作规划方法，降低摔倒着地时的冲击力。针对现有机器人触地前摔倒保护方法不能进行冲击力分配的问题，提出了最小腿长伸缩比的概念，分析了最小腿长伸缩比对机器人身体部位冲击力的影响。第四，针对机器人触地后存在面面接触、滑动等因素从而导致数学建模困难的问题，本文采用仿生策略模拟人体摔倒触地后的保护动作序列，进行机器人后摔触地后的动作规划。确定了满足后摔多点

5、碰撞触地时缓冲材料的参数。最后，对提出的理论和算法在Adams动力学仿真软件平台和BHR-6P上进行验证，验证本文算法的有效性。关键词：仿人机器人；后摔保护；倒立摆飞轮；腿长伸缩比；轨迹规划I北京理工大学硕士学位论文AbstractTheresearchaboutoptimalplanningoffallingmotionsofhumanoidrobotcaneffectivelyimprovetheiradaptiontothecomplicatedenvironmentandextendtheirapplicationrange.Uptonow,mostofexistingpat

6、terngeneratorsforhumanoidrobotfallingprotectionmethodbasedonheuristicfallingstrategythatcan’tprotectthecorestructureneededtobeprotected.Therefore,itisnecessarytoresearchonoptimization-basedfallingstrategywhichgeneratesmotionsbasedondynamicmodelalgorithm.Firstly,comparedwithinvertedpendulum(IP),

7、moreaccurateandbuffereffectedinvertedpendulumflywheel(IPF)modelistobepresented.Also,leglengthscaleratioonthebufferingeffectisdiscussed.ItissupportedbytheDevelopmentProgramofChinaandNationalNaturalScienceFoundationofChina.Mainresea