仿人机器人实时运动规划方法研究

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近年来,仿人机器人的研究迅速发展,取得了很多成就。稳定动态步行作为人类的基本特征,已成为机器人研究的焦点之一。本论文主要进行仿人机器人实时运动规划与控制问题的研究。首先,介绍了仿人机器人平台的特点及主要结构参数,从实时性、可靠性、可扩展性等方面,分析了WindowsCE.NET操作系统应用于仿人机器人实时控制的可行性。其次,对仿人机器人平台进行了简化,在忽略前向运动与侧向运动之间耦合作用的基础上,采用Lagrange方程法建立了仿人机器人的前向动力学模型和侧向动力学模型。接着,利用安装在脚部的六维力/力矩传感器检测地面力、力矩信息,进行稳定性分析。推导出仿人机器人在单脚支撑期和双脚支撑期的实际ZMP(ZeroMomentPoint)计算公式,将其作为检测仿人机器人实际行走过程的稳定性判据。然后,实现了一种可行的基于CMAC的逆运动学求解方法,并通过Matlab仿真对该方法进行了验证。该方法利用CMAC神经网络逼近仿人机器人的逆运动学模型,得到末端位姿偏差到各个关节调节量的映射关系,避免了传统解析方法面临的计算量大、解不唯一的问题。最后,以ZMP稳定判据和基于CMAC的机器人逆运动学求解方法为基础,对步态进行了实时规划,并利用力/力矩传感器信息对机器人步态的实时控制算法进行了探讨和研究。
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