SHR-8S人形机器人步态规划及稳定性研究

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人形机器人是在外观及功能上与人类最相似的一类机器人,它对环境有良好的适应性,具有广阔的活动空间和工作空间,适合在人类所处的环境中与人类协同工作,以及代替人类在难以到达的,有害与危险环境下作业,是机器人领域最活跃的研究热点之一。人形机器人在家庭服务、医疗、军事、生物技术、教育、娱乐等领域将得到广泛的应用。人形机器人研究的关键问题是实现稳定步行,对人形机器人进行合理的步态规划是稳定步行的基础。本文以SHR-8S人形机器人为研究对象,对人形机器人的步态规划与稳定性进行了研究。  针对 SHR-8S人形机器人系统进行了研究与分析,包括关节类型的选择、自由度的配置、驱动器的选择、驱动器的控制、机器人的整体结构等方面;依据机器人运动学的数学基础,建立了 SHR-8S人形机器人下肢的正、逆运动学模型;基于ZMP(Zero Moment Point)稳定性理论,进行了 ZMP的计算、得到了人形机器人稳定步行的条件。对人形机器人的步行过程进行了分析,根据人形机器人的步行要求,采用三次样条插值方法分别对 SHR-8S人形机器人的脚掌、踝关节、髋关节及膝关节在周期步行阶段的运动轨迹进行了规划;分析了人形机器人髋关节位置对 ZMP的影响,构建了用来评估步态稳定性的目标函数,采用粒子群算法对支撑腿踝关节到两髋关节中心的距离参数进行优化,获得了稳定裕量大的步态;通过仿真验证了采用三次样条插值方法进行步态规划和采用粒子群算法进行步态优化的有效性。本文的研究结果为人形机器人的整体运动规划奠定了一定的研究基础。
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