仿人步行机器人的运动规划方法研究

运动规划是仿人机器人研究的关键技术之一，稳定自然的步行是仿人机器人区别于其它机器人的主要标志，也是其实现基本操作功能的基础。 由于仿人机器人是一个高阶、非线性和强耦合的系统，难以建立可用于运动规划的显式有效的数学模型，本文借鉴目前国内外的研究成果，利用Lagrange动力学普遍方程建立了仿人机器人的简化解耦运动模型，在此基础上推导了机器人稳定步行的条件。文中简要介绍了静态步行的运动规划方法，并据此进行了实物实验实现了稳定的低速静态步行。 论文重点讨论了动态步行的算法设计和仿真，详细分析了基于零力矩点的仿人机器人动态步行运动规划方法。这一方法首先根据机器人行走过程中存在的约束确定关键帧，然后采用三次样条函数对关键帧插值，得到脚的轨迹，利用ZMP稳定裕度作为评价函数进行搜索，得到优化的躯干运动轨迹，最后根据运动学约束计算各个关节的运动轨迹。本文根据算法进行了仿真，仿真结果表明这一方法是可行而且有效的。考虑上下肢运动的协调，本文对上肢的运动作了简单的规划。 最后，介绍了运动规划的实验设计，并对关节调试作了总结和分析，指出了存在的问题和解决的办法。