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仿人机器人斜面步行模式的建模与规划

作 者: 杨璟
导 师: 吴俊;熊蓉
学 校: 浙江大学
专 业: 控制理论与控制工程
关键词: 仿人机器人 斜面 桌子-小车模型 离线规划 预观控制 模型预测
分类号: TP242.6
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 42次
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内容摘要


本论文基于仿人机器人感知控制高性能单元与系统研究课题展开。稳定行走是仿人机器人研究的关键技术,多年来对其研究主要集中在实现平整地面上的双足稳定行走,本文着重研究如何在复杂地面—斜坡上实现快速稳定的行走。首先对仿人机器人领域的国内外发展现状进行了介绍,然后针对机器人的斜面步行模式的生成和实现做了详尽的研究,建立斜面桌子-小车模型,结合步行模式的离线规划和在线规划算法构建斜面步行机制,并将控制算法运用在实物机器人上,实现了其斜面稳定步行。本文主要完成了以下工作:1.根据斜面步行机器人的自身特点,推导了斜面步行的桌子-小车模型,建立了机器人斜面动力学模型。2.提出了基于斜面动力学模型的步行模式离线生成方法。分别推算了机器人上、下斜面的控制算法,并通过仿真和机器人实物实验验证了该算法在斜面上的正确性。3.设计并实现了斜面双足步行模式的在线生成算法。基于预观控制算法,通过仿真给出了机器人在斜面上运动时双腿在各个时间段内的状态,证实了该算法的有效性。又考虑到环境变化和外力干扰都有可能导致机器人行走的不稳定,基于模型的预测控制被应用于斜面行走,最终实现了斜面0.5km/h的快速稳定步行。

全文目录


致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-8
目次  8-10
1 绪论  10-20
  1.1 研究背景及意义  10-11
  1.2 仿人机器人步行研究的国内外发展及现状  11-19
    1.2.1 日本的发展现状  11-13
    1.2.2 韩国的发展现状  13-14
    1.2.3 法国的发展现状  14
    1.2.4 美国的发展现状  14-16
    1.2.5 国内发展及现状  16-19
  1.3 本文研究内容  19
  1.4 本文结构  19-20
2 面向斜面步行的动力学模型推导  20-32
  2.1 概述  20-21
  2.2 数据结构和定义  21-24
  2.3 平面步行的桌子-小车模型  24-26
  2.4 斜面步行的桌子-小车模型  26-30
  2.5 本章小结  30-32
3 斜面步行模式的离线生成  32-50
  3.1 概述  32-33
  3.2 斜面步行模式离线算法框架  33-38
    3.2.1 正运动学  33-35
    3.2.2 逆运动学  35-37
    3.2.3 多连杆模型ZMP计算  37-38
  3.3 斜面步行模式的算法生成  38-42
  3.4 实验  42-48
    3.4.1 仿真实验  42-47
    3.4.2 实物实验  47-48
  3.5 本章小结  48-50
4 基于预观控制的斜面步行模式在线生成  50-66
  4.1 算法提出的背景  50-51
  4.2 问题建模及求解  51-56
  4.3 实验结果及分析  56-65
    4.3.1 实物实验  56-59
    4.3.2 不同倾角下的仿真试验  59-65
  4.4 本章小结  65-66
5 基于模型预测控制的斜面步行模式在线生成  66-76
  5.1 概述  66-67
  5.2 基于模型预测控制的算法生成  67-69
  5.3 实验结果及分析  69-74
    5.3.1 仿真实验  69-74
    5.3.2 该算法在机器人上的实验  74
  5.4 本章小结  74-76
6 总结及展望  76-78
参考文献  78-84
在学期间所取得的科研成果  84-86
作者简历  86

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人 > 智能机器人
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