学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

ZMP算法的四足步行机器人的步态规划与平衡控制

作　者: 赵锦丽
导　师: 陈添丁
学　校: 浙江工商大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 四足步行机器人 ZMP 重心步态规划模糊控制
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 178次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

四足步行机器人与轮式、爬行式和履带式等移动机器人相比,有着更好的环境适应性,国内外研究者们已针对四足步行机器人的稳定行走问题进行了大量研究。本文重点研究了三个问题,即：四足步行机器人下肢的运动学和动力学模型的建立；机器人的步态规划与仿真；机器人模糊控制系统的设计与仿真。论文主要工作如下：首先分析四足步行机器人结构特点,对自由度配置和本体结构进行设计；在杆件坐标系下,基于齐次坐标变换理论对四足步行机器人进行了正逆运动学的建模,为后续的步态规划奠定基础；运用拉格朗日动力学方程对简化的机器人模型在单脚支撑状态进行了动力学建模,得到了一个用于控制的动力学模型。其次分析四足步行机器人步态规划的基本原则和方法,步态控制方法采用基于模型的方法,分为3部分：身体姿态控制、步态控制和足部轨迹控制.由于机器人腿部关节刚性不够和足部打滑等因素的影响,在足部轨迹控制中运动学规划的轨迹与实际运动轨迹不相符,使机器人无法准确按照预先设计的方式运动。因此,在足部轨迹控制中引入零力矩点(Zero Moment Point, ZMP)迹规划方法。使用ZMP轨迹规划方法的目的是为机器人规划在地面支撑相时足部相对于躯体的运动轨迹.在支撑多边形内规划ZMP轨迹,可以从中找到机器人最佳行走步态。最后,四足步行机器人的动态平衡过程中,最重要的就是控制其ZMP点保持于稳定区域内以维持平衡,而传统的ZMP推算过程复杂计算繁琐,要求知道当前机器人正在运动中的每个部件的位置向量、速度向量与加速度向量等。本文提出一种以脚底受力分布的观点来算出ZMP点方法,在机器人脚底安装Force Sensing Resistor(FSR)压力传感器来获取机器人ZMP点的位移与速度差后,根据模糊逻辑算法,设计一四足步行机器人ZMP模糊平衡控制器,修正四足机器人的关节角度来操控平衡因子ZMP于所预想的位置,并用MATLAB进行仿真,达到四足步行机器人即时平衡控制的目的。

全文目录

摘要  2-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-8
1 绪论  8-17
  1.1 研究背景及意义  8
  1.2 研究目的  8-9
  1.3 国内外研究现状概述  9-15
    1.3.1 国外研究现状  9-12
    1.3.2 国内研究现状  12-14
    1.3.3 国内外四足步行机器人的关键技术分析  14-15
  1.4 四足步行机器人的研究趋势  15-16
  1.5 本章小结  16-17
2 四足步行机器人本体机构  17-26
  2.1 前言  17
  2.2 四足步行机器人总体结构  17-18
  2.3 四足步行机器人系统介绍  18-25
    2.3.1 四足步行机器人的驱动方式的介绍  18-21
    2.3.2 四足步行机器人的驱动舵机分析  21-23
    2.3.3 FSR压力传感器介绍  23-25
  2.4 本章小结  25-26
3 四足步行机器人的数学分析  26-39
  3.1 引言  26
  3.2 数学基础  26-28
    3.2.1 位姿描述  26-27
    3.2.2 齐次坐标和齐次变换  27-28
  3.3 四足机器人的运动学模型  28-33
    3.3.1 运动学分析的基本知识  28-29
    3.3.2 四足机器人的摆动腿的运动学分析  29-30
    3.3.3 四足机器人正运动学分析  30-32
    3.3.4 四足机器人的逆运动学分析  32-33
  3.4 四足机器人的动力学模型  33-38
    3.4.1 拉格朗日方程  34
    3.4.2 四足机器人单腿动力学方程  34-38
  3.5 本章小结  38-39
4 ZMP的四足步行机器人的步态规划  39-62
  4.1 引言  39
  4.2 步态规划基本原理  39-43
    4.2.1 步态基本概念  39-40
    4.2.2 占空系数与步态的间的关系  40-41
    4.2.3 稳定性原理  41-43
  4.3 四足机器人的步态规划系统  43-57
    4.3.1 四足机器人的步态规划方法介绍  43-44
    4.3.2 简单倒立摆模型  44-46
    4.3.3 基于ZMP轨迹的步态规划  46-57
  4.5 传统ZMP与基于脚底受力信息的ZMP方法比较  57-61
    4.5.1 传统ZMP推算  57-59
    4.5.2 基于脚底受力信息的ZMP方法  59-61
  4.6 本章小结  61-62
5 基于ZMP模糊逻辑设计的平衡控制  62-83
  5.1 引言  62
  5.2 模糊控制概述  62-63
  5.3 模糊控制的基本原理  63-67
    5.3.1 模糊集合  63
    5.3.2 模糊逻辑推理  63-64
    5.3.3 模糊综合评判  64-65
    5.3.4 模糊综合评判方法在决策中的应用  65-67
  5.4 模糊控制器(FC)的基本结构  67-69
    5.4.1 模糊化  67
    5.4.2 规则库  67-68
    5.4.3 推理算法  68
    5.4.4 去模糊化  68-69
  5.5 ZMP模糊控制设计  69-82
    5.5.1 系统分析  69-70
    5.5.2 模糊化  70-72
    5.5.3 规则库的制定  72-77
    5.5.4 推理算法与去模糊化  77-78
    5.5.5 实验仿真结果与分析  78-82
  5.6 本章小结  82-83
总结  83-84
参考文献  84-87
致谢  87-88
攻读硕士期间完成的论文和科研成果  88-89

ZMP算法的四足步行机器人的步态规划与平衡控制

内容摘要

全文目录

相似论文