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Robocup3D仿真系统仿人机器人行走及步态规划研究

作　者: 王唯翔
导　师: 李龙澍
学　校: 安徽大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: 仿人机器人双足机器人运动学三维线性倒立摆步态规划
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 31次
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内容摘要

机器人技术是一门发展迅速的综合性前沿学科,涉及计算机、数学、运动学以及机械制造等多门学科知识,是人类的最高科技梦想之一。而仿人机器人作为机器人研究领域的一个重要分支,从70年代开始至今,其研究方兴未艾。双足机器人的步行一直都是研究的热点问题,如何使得机器人走的更稳定且更快速是我们所追求的目标。通过对机器人进行建模以实现其抽象处理,从而进行步态规划是如今对机器人步行研究的基本方式。因此,双足机器人的步态控制策略是保证其双足稳定行走的重要条件之一本文以机器人足球RoboCup3D仿真比赛为研究平台,以安徽大学DreamWing3D球队的建设开发为项目背景,针对仿人机器人的步态规划求解问题进行了研究,本文主要工作如下：1、首先对机器人进行运动学建模,在此基础上使用较精确且快速的机器人正运动学算法以及解析的方式对机器人逆运动学模型进行计算,通过对机器人腿部部分关节做特殊处理,从而获得了比较完善的运动学计算底层。2、提出一种基于三维线性倒立摆模型的双足机器人步态规划的算法。首先简化了三维倒立摆模型,并且假设了步行周期起始状态的ZMP位置,然后通过运动方程推导出含参数的质心与时间的函数,再将机器人的步态规划简化到每个步行周期,通过每个周期的初始条件获得函数的相关参数。3、对步态规划模型进行了处理,使得该模型可以适应变速直线运动、斜向运动、转身等多种运动方式,并提供了应用于实际Robocup3D比赛中的实验。实验结果表明该方法具有可行性和有效性。本文在以上工作的基础上,设计实现了安徽大学第一支RoboCup3D仿真球队DreamWing3D,能够很好的完成比赛,并取得了优异成绩。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-15
  1.1 课题研究的科学意义与应用前景  8-9
  1.2 仿人机器人的研究现状  9-11
  1.3 RoboCup概述  11-12
    1.3.1 起源  11
    1.3.2 Robocup3D  11-12
  1.4 安徽大学DreamWing3D机器人足球队的研究现状  12-13
  1.5 论文的组织结构  13-15
第二章仿人机器人结构及仿真平台介绍  15-27
  2.1 仿人机器人结构  15-17
  2.2 仿真平台介绍  17-20
    2.2.1 仿真平台的NAO模型  18-20
  2.3 比赛系统仿真原理  20-26
    2.3.1 SPADES  21-25
    2.3.2 ODE  25-26
  2.4 小结  26-27
第三章机器人运动学基础与ZMP  27-39
  3.1 运动学基础  27-34
    3.1.1 正运动学  27-28
    3.1.2 转换矩阵  28-29
    3.1.3 机器人正运动学模型  29-31
    3.1.4 逆运动学  31-34
  3.2 ZMP  34-38
    3.2.1 ZMP介绍  34-36
    3.2.2 ZMP计算  36-38
  3.3 小结  38-39
第四章基于三维倒立摆的步态规划研究  39-55
  4.1 倒立摆介绍  39-43
    4.1.1 二维倒立摆  40-42
    4.1.2 三维倒立摆  42-43
  4.2 机器人步行基本概念  43-47
    4.2.1 机器人步行状态  43-44
    4.2.2 机器人步行的其他参数  44
    4.2.3 步行单元  44-47
  4.3 机器人的步态规划  47-53
    4.3.1 直线行走  47-52
    4.3.2 转向行走  52-53
  4.4 小结  53-55
第五章总结与展望  55-57
  5.1 本文总结  55
  5.2 展望  55-57
参考文献  57-61
致谢  61

Robocup3D仿真系统仿人机器人行走及步态规划研究

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