双足机器人稳定行走步行模式的研究

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1、第39卷第2期东南大学学报(自然科学版)Vo1．39NO．22009年3月JOURNALOFSOUTHEASTUNIVERSITY(NaturalScienceEdition)Mar．2009双足机器人稳定行走步行模式的研究韩亚丽王兴松罗翔(东南大学机械工程学院，南京21l189)摘要：研究了一种基于零力矩点(ZMP)预观控制系统的双足机器人稳定行走步行模式生成方法．通过对双足机器人行走过程中行走参数及ZMP轨迹进行规划，计算出机器人行走过程中的质心轨迹．由运动学模型求解出其行走过程中步行姿态，预观控制器利用未来目标ZMP参考值和双足机器人状态计算控制输入

2、，对机器人进行稳定行走控制．最后采用ADAMS和Matlab／Simulink联合仿真技术对离线步行模式进行仿真验证，仿真结果表明双足机器人虚拟样机可实现稳定行走效果．关键词：双足机器人；零力矩点；步行模式；预观控制；联合仿真中图分类号：TH112文献标志码：A文章编号：1001—0505(2009)02-o238_I)7StudyofstabilizationwalkingpatternforbipedrobotHanYaliWangXingsongLuoXiang(SchoolofMechanicalEngineering，SoutheastUnive

3、rsity，Nanji“g211189，China)Abstract：Amethodofstabilizationwalkingpatterngenerationbasedonzeromomentpoint(ZMP)andpreviewcontrolsystemisintroduced．Byplanningthewalkingparameters(steplength，stepheight，cycletimeetc．)andzMPtrajectories，theCoM(centerofmass)trajectoryisderivedbyU—singacar

4、t—tablemodeI．andarobotstateiscomputedbyinversekinematics．ThepreviewcontrolsystemcalculatestheinputbyusingtheflamereferenceofZMPandtherobotstate．GaitplanninginformationbasedonwalkingpatterngenerationmethodisimportedintoADAMSascontrolsignalsthroughADAMS／Controlmodule．Errorscompensat

5、ionbasedoncontrolalgorithmiSimplementedbyMatlab／Simulink．IntheADAMS／Simulinkunitedsimulationenvironment，thevirtualmodelcanwalkstably．Thesimulationresultsverifythevalidityofwalkingpatterngenerator．Keywords：bipedrobot；zeromomentpoint；walkingpattern；previewcontrol；unitedsimulation双足机

6、器人的研究历史已有近40年，早在度多，动力学系统复杂，其运动的稳定性很难保证．1968年，美国通用公司试制了一台名为“Rig”的操如何进行双足机器人行走步态的设计以适应纵型双足机器人，揭开了双足机器人研究的序不同路况下动态稳定行走的需要已经成为双足机幕¨j．目前双足机器人已取得了一些重要成果，尤器人动态行走的关键．双足步行机器人的步态规划其是近几年来随着驱动器、传感器、计算机软硬件方法主要有以下几种：①早期步行模式规划方法等相关技术的发展，出现了大量的机器人样机，不是利用记录人类行走的数据通过模拟人类行走过仅实现了平地步行、上下楼梯和上下斜坡等步态，程中关

7、节角度的变化，来进行双足机器人稳定行走有的还能实现跑步、弹跳及跳舞等动作，但是双足步态规划；②将神经元振动网络用于双足步行机器人距离实用化尚有距离，主要原因就是步态综机器人3D空间内关节轨迹生成，并采用谐波平衡合问题还没有彻底解决，步态综合之所以困难法和遗传算法来决定网络的连接权值进行机器人是由于双足机器人是一个复杂的多刚体系统，自由行走规划；③将ZMP稳定性原则应用到双足步收稿日期：2008-08-21．作者简介：韩亚丽(1978一)，女，博士生；王兴松(联系人)，男，博士，教授，博士生导师，xswang@seu．edu．cn基金项目：国家高技术研究发展

8、计划(863计划)资助项目(2006AAIMZ234)、国家自然科