双足机器人自然ZMP轨迹生成方法研究.pdf

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1、ComputerEngineeringandApplications计算机工程与应用2014，50（19）53双足机器人自然ZMP轨迹生成方法研究1，21李春光，刘国栋1，21LIChunguang,LIUGuodong1.江南大学物联网工程学院，江苏无锡2141222.常州工学院计算机信息工程学院，江苏常州2130021.SchoolofInternetofThingsEngineering,JiangnanUniversity,Wuxi,Jiangsu214122，China2.SchoolofComputer&InfomationEngineering,ChangzhouInsti

2、tuteofTechnology,Changzhou,Jiangsu213002,ChinaLIChunguang,LIUGuodong.ResearchonnaturalZMPreferencetrajectoryforbipedrobot.ComputerEngineeringandApplications,2014,50（19）：53-57.Abstract：Inordertoachievehuman-likebipedwalking,awalkingpatterngeneratorwithnaturalZeroMomentPoint（ZMP）referencetrajectory

3、forbipedrobotisproposed.Inthesinglesupportphase,aftergiventhenaturalZMPreferencetrajectorymovedforwardfromtheheeltothetoe,thetrajectoryequationsofCenterofMass（CoM）canbeobtainedbasedonthe3DLinearInvertedPendulumModel（LIPM）.Inthedoublesupportphase,thetrajectoryequationsofCoMcanberepresentedusingLin

4、earPendulumMode（LPM）.AlsothetrajectoryequationsofCoMbasedonmulti-stepgaitplanningaregiveninaunifiedcoordinatesystem.Ahuman-likestablewalkingbasedonnaturalZMPtrajectoryisachievedinRobocup3Dsimulationplatformforbipedrobot.TheresultsofRoboCup3Dsimulationandcompetitionverifytheeffectivenessofthemetho

5、d.Keywords：naturalZMPtrajectory;bipedrobot;gaitplanning;LinearInvertedPendulumModel（LIPM）;LinearPendulumMode（LPM）摘要：为了实现双足机器人类人行走，提出了一种基于自然ZMP轨迹的双足机器人步行模式生成方法。在单腿支撑相，根据基于三维线性倒立摆模型，在设定从脚跟到脚趾移动的自然ZMP轨迹后，得到质心轨迹方程；在双腿支撑相采用线性摆模型生成质心轨迹方程。同时给出了在统一坐标系中的多步规划质心轨迹方程。在RoboCup3D仿真平台实现了采用自然ZMP轨迹的双足机器人类人稳定步行，实验

6、和竞赛结果都验证了该方法的有效性。关键词：自然ZMP轨迹；双足机器人；步态规划；线性倒立摆模型；线性摆模型文献标志码：A中图分类号：TP242.6doi：10.3778/j.issn.1002-8331.1401-0141[3]1引言GaldeanoD等提出了采用三质心线性倒立摆模型实[4]让双足机器人获得稳定自然的类人运动能力已成现稳定动态步行的方法。HongYD等应用3D线性为当前机器人领域的一个研究热点，其中实现稳定快速倒立摆模型将机器人简化为单质心，采用进化算法优化的类人步态依然是双足机器人研究的难点和关键问题CPG（CentralPatternGenerator，中枢模式发生器

7、），从之一。由于类人行走可降低机器人能耗，减少关节速而生成高度可变的质心轨迹，实现了双足机器人类人大[5]度，已有许多研究者为实现双足机器人类人步行展开了步行走。MoroFL等通过分析提取人类行走时的运[1]动特征，重构质心轨迹，实现了双足机器人类人行走。各种研究。OtaniT等采用一种腿骨机构实现了机器[2][6][7]人类人行走。LuoD等采用HMCD（HumanMotionTlaloliniD等和MiuraK等通过增加在单腿支