文档介绍：北京工业大学
硕士学位论文
双足步行机器人系统设计与运动控制及虚拟现实仿真实验研究
姓名:李志谦
申请学位级别:硕士
专业:模式识别与智能系统
指导教师:阮晓钢
20090401
曼曼曼曼曼受崖曼一摘要一一一领域中一类重要的仿生系统。双足步行机器入作为一种移动式机器人,它与轮独特的适应性和拟人性,其行走控制成为当今研究的热点。步行运动模式与运本文针对双足步行机器人步行模式生成与步行控制相关问题进行了研究,并在虚拟现实的实验环境中实现了机器人以给定步行模式的行走。取得的主要本文对双足步行机器人的动力学模型进行了简化,采用平面倒立摆的线性化模型作为双足步行机器人步行模式生成的简化模型。设计了基于倒立摆线性本文针对双足步行机器人腿部逆模型求解问题,提出一种基于小脑模型连控制方法。机器人腿部正运动学模型采用瓾椒ń薪#建立双足步行机器人正运动学模型基础上,设计了基于的控制系统。系别逼近步行机器人支撑腿与摆动腿的逆模型,实现了对腰部运动轨迹的跟踪控第三:基于虚拟现实环境的双足步行机器人行走控制实验。本文采用真实验的动力学计算引擎,在虚拟现实环境中建立双足步行机器人的可视化模机器入前向行走过程的完整步行模式。包括前向站立,预备,起步,行走,停止等几个阶段。仿真实验结果验证了基于平面倒立摆线性化模型的双足步行机双足步行机器人是一种仿人机器人,是移动式机器人式,履带式机器人相比有许多优点与优越性。由于双足步行机器人的行走具有动控制是影响双足步行机器人技术进步的重要问题,也是双足步行机器人成功而有效地实现稳定步行的理论基础和技术关键。科研成果有:第一:基于平面倒立摆线性模型的双足步行机器人步行运动模式生成。化模型步行模式生成算法,对双足步行机器人前向行走,侧向行走与拐弯行走的腰部重心位置轨迹与速度轨迹进行了规划。对于双足步行具有双脚作支撑期的特点,本文采用了七次多项式插值,·分两阶段对具有双脚支撑期的步行运动的腰部运动轨迹进行规划,实现了期望的运动模式。第二:基于小脑模型控制器的双足步行机器人逆运动学控制系统。接控制网络幕魅四嬖硕统采用两个直接控制机器人的腿部运动。两个逆模型控制器分制。魑K悴叫谢魅诵槟庀质捣型,以仿真环境中的双足步行机器入模型为控制对象,通过对机器人腿部各个虚拟关节电机进行角度伺服控制,并对足底屑觳猓迪至怂悴叫器人步行模式的有效性。
本文的研究工作得到了国家”苹毕钅编号:国家自然科学基金项目,北京市教委重点项目,北京大学学报匀豢蒲О》正式录用。本文的研究工作对于双足步行机器人的研关键词:双足步行机器人:线性倒立摆模型;步行模式;小脑模型;虚拟现实;市人才强教计划项目的资助,相关研究成果已被中文核心期刊《控制工程》,全球智能系统会议募检索汀吨心究具有参考意义。北京工业大字工掌帧宦畚
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吼珥蚴日期::丫В究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得立王些太堂或其它教育机构本人完全了解と跣┨糜泄乇A簟⑹褂醚宦畚牡墓娑ǎ矗貉S腥本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名:保留送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅;学校可以公布论文的全部或部分内容,梢圆捎糜坝⑺跤』蚱渌粗剖侄伪4媛畚摹C艿穆畚脑诮饷芎笥ψ袷卮斯娑
皇曼曼第滦论课题背景及研究意义人作为人类自动化程度的最高体现,各种机器人的创造一直是人类的梦想和追民生产的各个领域,并正在给人类传统的生产生活模式带来革命性变化。机器人的分类方法很多,也很复杂,按应用领域分类梢苑治7窕和关节型机器人。按技术发展进程分类,一般认为有三代机器人:第一代机器人杀喑袒魅思耙?夭僮骰,这种机器人可根据操作人员所编写的程序完机器入兄;魅带有外部传感器,可进行离线编程。能在传感器系统支语音识别系统,可以对环境进行感知,分析,还具有一定的决策和规划能力。能根据人的命令或按照所处的环境,自行做出决策,规划动作,完成任务。国内外都在进行第三代机器人的探索和研究,这类机器人主要有装配机器人、外当具有的最大特征之一是步行功能【,,。步行是人与大多数生物所具有的移动方式,包括双足步行、四足和六足步行,其中双足步行是各种步行方式中自动化履带式机器人相比更适应各种地面,并具有较强的逾越障碍的能力:另外步行机器