七连杆双足机器人建模和控制系统仿真.pdf

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1、第27卷．第12期计算机仿真2010年12月文章编号：1006—9348(2010)12—0180—06七连杆双足机器人建模和控制系统仿真槐创锋。刘平安(华东交通大学机电学院，江西南昌330013)摘要：研究双足机器人稳定性控制问题，步行机器人作为一种载运工具适应地况能力强，结构复杂，运动控制难。实现类人型机器人动态行走，针对行走的稳定性，必须对机器人进行动力学建模、步态设计和稳定姿态控制算法设计。研究了一种七连杆双足机器人的动力学建模和控制系统仿真方法。建立两足步行机器人腿的可参数化仿真模型，对七平面双足机器人的运动情况和控制输入输出进行仿真，得出试验结果。并对

2、影响步行机器人稳定性能的参数进行分析，为后面机器人样机的研制提供理论及数据依据。关键词：双足机器人；动力学建模；步态规划；控制系统；线性■次趔；仿真中图分类号：TP242文献标识码：AModelingandControlSystemSimulationfor7——linkBipedRobotHUAIChuang—feng，LIUPing—an(DepartmentofMechanicalEngineering，EastChinaJiaotongUniversity，NanehangJiangxi330013，China)ABSTRACT：Walkingrobots

3、havecomplicatestructureandstrongabilitytoadaptgroundconditionsandaredifficulttocontr01．Torealizedynamicwalkingofthehumanoidrobot，wehavetoestablishrobotdynamicmodels，designthecontrolalgorithmforgaitandthestabilitypostures．Inthispaper，dynamicmodelandcontrolsystemofa7一linksbipedrobota弛st

4、udied，parameterizedsimulationmodelofbipedwalkingrobotisbuilt，gaitplanningandsimulationexperimentsareproceededinthesimulationsurrounding．and80meexperimentresultsareacquired．Theexperimentdataalecompared访tllthetheoreticstableregiontoconfirmthatthebipedwalkingrobotaslegmechanismhasgoodsta

5、bilityofstaticwalking，andprovidetheoreticanddatainformationforfurtherwork．KEYWORDS：Bipedrobot；Dynamicmodeling；Gaitdesign；Controlsystem；LQR；Simulationl引言因为步行机器人在各种环境下的应用有很多不可替代的优越性，人们对它的研究越来越感兴趣。双足机器人的研究是一个多技术合作领域的课题，一般可以分为机器人技术和控制技术、计算机图形学和生物力学三个部分。双足步行可以分为静态步行和动态步行两种类型。静态步行要求机器人重心必须位

6、于支撑平面之内，一般移动速度比较慢。相反，动态步行时，机器人重心可以在支撑平面之外，移动速度较快，也是更有实际应用价值的步行方式。开始对两足步行机器人的研究是从1968年英国人Mosher．R研制的名为“Rig”机器人开始，至今已有四十多年。有代表性的成果是1972年南斯拉夫的Vukobratoric博基金项目：江西省自然科学基金(2008GZC0051)和江西省教育厅资助项目(GJJ08252)收稿R期：2009—09—21一180一士和StepanenkO博士提出的“零力矩点”(ZMP)概念11J，为两足步行系统稳定性的研究提供了有效的控制指标。1973年，美

7、国Ohio州立大学的Hemanmi博士提出了步行机器人动态行走的倒立摆动力学模型，将两足步行系统的稳定性和控制简化为一个倒立摆问题，从而解决了动态步行机器人的动力学建模问题。TadMeGeer【23研究被动式两足步行机器人，在无任何外界输入的情况下，仅靠重力和惯性实现步行运动。R．Mcn．Alexander”1利用弹簧存取能量，减小行走中的能镀消耗。JessicaHodingsl41研究通过调节步长来适不规则地面，以提供良好的支撑和驱动。Zheng．YFl51由关节位置传感器和脚跟与脚下力传感器，检测出支撑平面由水平面到斜面的变化，并通过前移机器人本体，以补偿在斜

8、面机器人蘑