基于ZMP的擬人機(jī)器人步態(tài)規(guī)劃

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1、第uv卷第y期機(jī)器人?2ˉquvo2qyΡΟΒΟΤusst年tt月2√qousst文章編號(hào)}tssu2swwykusstlsy2sxsw2sxΞ基于°的擬人機(jī)器人步態(tài)規(guī)劃楊東超汪勁松劉莉陳懇k清華大學(xué)精密儀器與機(jī)械學(xué)系北京tsss{wl摘要}擬人機(jī)器人具有廣闊的應(yīng)用前景o研制工作得到了各國的重視o近年來已取得巨大的進(jìn)展o但仍存在大量的理論和技術(shù)問題有待深入研究o基于零力矩點(diǎn)k°l的軌跡規(guī)劃是需解決的關(guān)鍵技術(shù)之一q本文比較分析了一般的雙足步行機(jī)與擬人機(jī)器人的步態(tài)規(guī)劃特點(diǎn)和基于雙足步行的兩步規(guī)劃方法o提出了一種適用于擬人機(jī)器人步態(tài)規(guī)劃的新方法))逆兩步規(guī)劃法o仿真研究表明采用這種方法規(guī)劃°軌跡

2、是可行的q關(guān)鍵詞}°~擬人機(jī)器人~步態(tài)規(guī)劃中圖分類號(hào)}×°uw文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼}ΓΑΙΤΠΛΑΝΝΙΝΓΟΦΗΥΜΑΝΟΙΔΡΟΒΟΤΒΑΣΕΔΟΝΖΜΠ≠2±a2|?¤2??±2?2±a?≤∞¨±kΔεπτοφΠρεχισιονΙνστρυμεντανδΜεχηανισμΤσινγηυαΥνι?ερσιτψo(hù)Βει?ινγtsss{wlΑβστραχτ}×?¨μ¨??¤￥μ2¤§¤33ˉ?|¤·?2±3μ2?3¨|·?±·?¨§¨√¨ˉ23°¨±·2??∏°¤±2?§μ2￥2·q·?μ¨?¨¤μ|?¤±§°¤±∏?¤|·∏μ?±ao2μ??¤√¨¤··μ¤|·¨§?±·¨μ±¤·?2±¤ˉ¤·

3、·¨±·?2±q쨤·¤|??¨√¨°¨±·??¤√¨￥¨¨±°¤§¨?±μ¨|¨±·?¨¤μ?q2o¨√¨μo°¤±?3μ2￥ˉ¨°?2±·?¨2μ?¤±§·¨|?±2ˉ2a?¤33¨¤μ¤±§±¨¨§·2￥¨?∏μ·?¨μμ¨?¨¤μ|?¨§2±q¤?·3ˉ¤±±?±a2??∏°¤±2?§μ2￥2·￥¤?¨§2±°??2±¨2?·?¨|μ?·?|¤ˉ·¨|?±?′∏¨?q±·?¨￥¤?¨2?|2°3¤μ?±a¤±§¤±¤ˉ???±a?∏°¤±2?§μ2￥2·χ?§???¨μ¨±·°¨·?2§?¤￥2∏·a¤?·3ˉ¤±±?±ao·?¨¤μ·?|ˉ¨3μ232?¨?¤±¨oo¤?)?±

4、√¨μ?¨·o22?·¨3°¨·?2§q×?¨??°∏ˉ¤·?2±¤±§μ¨?¨¤μ|??±§?|¤·¨·?¤·?·???¨¤??￥ˉ¨·2¤§23··???°¨·?2§·23ˉ¤±°χ?·μ¤|?qΚεψωορδσ}°o?∏°¤±2?§μ2￥2·oa¤?·3ˉ¤±±?±a1引言kΙντροδυχτιονl根據(jù)力學(xué)原理可知o當(dāng)物體處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)o其平衡的充要條件是其重心在地面上的投影o落在其擬人機(jī)器人由于對(duì)環(huán)境的良好適應(yīng)性o人們期支撐面內(nèi)o而廣義地講o當(dāng)物體處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)o其望的擬人性和廣闊的應(yīng)用前景o針對(duì)擬人機(jī)器人的平衡的必要條件是所受重力與慣性力的合力的延長研究工作已越來越受到了各國的

5、重視q但擬人機(jī)器線通過其支撐面內(nèi)k該合力的延長線與支撐面的交人與傳統(tǒng)的輪式機(jī)器人相比o最難解決的問題之一點(diǎn)稱為°lq當(dāng)物體處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)o不受慣性力o就在于步態(tài)的規(guī)劃q二者相統(tǒng)一o故可將前者看作是后者的一個(gè)特例q對(duì)完整的步態(tài)規(guī)劃包括兩方面的內(nèi)容}姿態(tài)的規(guī)擬人機(jī)器人來講o除了站立不動(dòng)o其它一切活動(dòng)均應(yīng)劃和≈t?軌跡的°k¨μ22°¨±·°2?±·o零力矩點(diǎn)l屬于后者o哪怕是速度非常緩慢的靜態(tài)行走和揮手規(guī)劃o二者相互影響o關(guān)系密切q所謂姿態(tài)的規(guī)劃o是動(dòng)作q但是o在步行過程中o雙足狀態(tài)始終在擺動(dòng)相指機(jī)器人行走過程中其各組成部分運(yùn)動(dòng)軌跡的規(guī)和支撐相間交替轉(zhuǎn)換o步態(tài)規(guī)劃僅滿足平衡條件是劃o比如說o腳

6、掌何時(shí)離開地面!擺動(dòng)相中整個(gè)腳掌不夠的o實(shí)際軌跡的規(guī)劃需要精確地規(guī)劃出°的在空中的軌跡!何時(shí)落地等q姿態(tài)的規(guī)劃相對(duì)比較簡軌跡o使形成的°軌跡基本上落在支撐面的中間單o常用的方法是先規(guī)劃出髖關(guān)節(jié)與踝關(guān)節(jié)的軌跡o位置o而且軌跡平滑!無尖點(diǎn)o以獲取足夠大的步行然后計(jì)算出其它組成部分的軌跡q運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定裕度o保證擺動(dòng)和支撐狀態(tài)的平穩(wěn)過渡o防Ξ基金項(xiàng)目}清華大學(xué)

7、{x項(xiàng)目資助q收稿日期}usstpsupus第uv卷第y期楊東超等}基于°的擬人機(jī)器人步態(tài)規(guī)劃xsx止過渡期時(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡!速度和加速度的突變和不連的不同結(jié)構(gòu)特點(diǎn)o前者只有下肢o通過控制平衡塊的續(xù)o然而這一點(diǎn)也正是擬人機(jī)器人步態(tài)規(guī)劃的難點(diǎn)運(yùn)動(dòng)來簡化

8、軌跡規(guī)劃o以獲取期望的°軌跡o平所在q衡塊的有無給步態(tài)的規(guī)劃帶來了很大的不同q具有到目前為止o有關(guān)擬人機(jī)器人°軌跡規(guī)劃的平衡塊的雙足步行機(jī)的步態(tài)規(guī)劃可采用兩步規(guī)劃文章很少≈u?o該問題仍有待深入研究q為此o本文通過法o第一步}規(guī)劃下肢的行走姿態(tài)~第二步}根據(jù)已分析一般雙足步行機(jī)和擬人機(jī)器人步行規(guī)劃的特點(diǎn)規(guī)劃的下肢行走姿態(tài)及期望的°軌跡來確定平以及基于雙足步行機(jī)的兩步規(guī)劃法o提出了適用于衡塊的運(yùn)動(dòng)規(guī)律q這樣就能較精確地規(guī)劃