ZMP算法的四足步行机器人的步态规划与平衡控制

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1、，》；浙江工商大学硕士学位论文ZMP算法的四足步行机器人的步态规划与平衡控制摘要四足步行机器人与轮式、爬行式和履带式等移动机器人相比，有着更好的环境适应性，国内外研究者们已针对四足步行机器人的稳定行走问题进行了大量研究。本文重点研究了三个问题，即：四足步行机器人下肢的运动学和动力学模型的建立；机器人的步态规划与仿真；机器人模糊控制系统的设计与仿真。论文主要工作如下：首先分析四足步行机器人结构特点，对自由度配置和本体结构进行设计；在杆件坐标系下，基于齐次坐标变换理论对四足步行机器人进行了正逆运动学的建模，为后续的步态规

2、划奠定基础；运用拉格朗日动力学方程对简化的机器人模型在单脚支撑状态进行了动力学建模，得到了一个用于控制的动力学模型。⋯．-、其次分析四足步行机器人步态规划的基本原则和方法，步态控制方法采用基于模型的方法，分为3部分：身体姿态控制、步态控制和足部轨迹控制．由于机器人腿部关节刚性不够和足部打滑等因素的影响，在足部轨迹控制中运动学规划的轨迹与实际运动轨迹不相符，使机器人无法准确按照预先设计的方式运动。因此，在足部轨迹控制中引入零力矩点(ZeroMomentPoint，ZⅧ)迹规划方法。使用ZMP轨迹规划方法的目的是为机器人

3、规划在地面支撑相时足部相对于躯体的运动轨迹．在支撑多边形内规划ZMP轨迹，可以从中找到机器人最佳行走步态。最后，四足步行机器人的动态平衡过程中，最重要的就是控制其ZMP点保持于稳定区域内以维持平衡，而传统的ZMP推算过程复杂计算繁琐，要求知道当前机器人正在运动中的每个部件的位置向量、速h、曩≯，度向量与加速度向量等。本文提出一种以脚底受力分布的观点来算出ZMP点方法，在机器人脚底安装ForceSensingResistor(FSR)压力传感器来获取机器人ZMP点的位移与速度差后，根据模糊逻辑算法，设计一四足步行机器人

4、ZMP模糊平衡控制器，修正四足机器人的关节角度来操控平衡因子ZMP于所预想的位置，并用MATLAB进行仿真，达到四足步行机器人即时平衡控制的目的。关键词：四足步行机器人，ZMP，重心，步态规划，模糊控制／剃燃鳓THEGAITPLANNINGANDTHEBALANCECONTROLOFTHEQUADRUPEDⅥ【札KINGROBOTBASEDONZNⅢABSTRACTThequadrupedwalkingrobothasmuchbeReradaptationtoenvironmentinhumanliving—spac

5、ethanwheeltype，crawltypeandpedrailtypemobilerobots．Researchersathomeandabroadhavebeenundertakenextensiveresearchonthestabilityofquadrupedwalkingrobot．Threeproblemshavebeenfocusedoninthispaper：establishmentofkinematicsanddynamicsmodelsforthelowerlimbsofrobot；gai

6、tplanningandsimulationofrobot；designandsimulationofrobotfuzzycontrolsystem．Themaintasksareasfollows：Firstly,thedegreesoffreedomconfigurationandstructureoftherobotweredesigned；thedirect-inversekinematicsmodelsforrobotbasedonhomogeneouscoordinatestransformationth

7、eorywasmadeinpolecoordinates，thebaseforthefollowinggaitplanningwasprovided．DynamicsmodelswiththeLgrangedynamicequationsforthesingle—footsupportwereestablished，whichCanbeusedincontr01．Secondly,thebasicprincipleandmethodoftherobotgaitplanningwasanalyzed，gaitplann

8、ingonrobotstaticwalkisbasedonbarycenterimitation．Themethodofgaitplanningbasedonmodel，whichconcludesbodygesturecontrol，gaitcontrolandfoottrailcontrolisused．Consideringthatthe