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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。
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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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