小型双足步行机器人的步态规划.pdf

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1、27卷第11期计算机仿真2010年11月·文章编号：1006-9348(2010)11—0148—04小型双足步行机器人的步态规划张勇，许东来(北京工业大学，北京100124)摘要：为了解决双足步行机器人的步态控制。实现机器人稳定步行。为加强机器人的行走稳定性和优化步态过程，通过构造机器人行走过程中应满足的约束条件，规划机器人行走时的基本姿态及重心轨迹。根据规划的行走姿态及轨迹建立运动学方程，求解方程得到机器人各关节的运动轨迹。通过Maflab软件进行对运动轨迹模型的仿真，仿真得到的结果与设想的结果一致，证明步行

2、得到平滑的关节轨迹是平稳的，并验证了方法的可行性。关键词：双足机器人；稳定性判断；步态规划中图分类号：TP242文献标识码：ASmallBipedRobotWalkingGaitPlanningZHANGYong．XUDong—lai(CollegeofEngineering，BeijingUniversityofTechnology，Beijing100124，China)ABSTRACT：AcriterionbasedontheZMPgaitplanningmethodsisusedtoachievestab

3、lewalkingrobot．Primaryfunctionismainlyusedtodescribetheendoftherobottrajectorytoensurethattherobotfeet，legs，thighsandtrunk，suchasthetrajectoriesofthecomponentsintheentirewalkcycleofsmoothcontinuity．Firstofall，inaccordancewiththeprocessofwalking，robotsshouldbe

4、boundtomeettheconditionsforthedesignoftrajectoriesofthejointsofbothfeet，andbythegeometricconstraints，thetrajectoriesofthejointsw酗calculate．ThenaccordingtotheZMPformulatheconrseoftheZMPtrajectoryWasdetermined．Finally，thesimulationresultwithMatlabverifiedthefea

5、si—bilityofthemethod．KEYWORDS：Bipedrobot；Zmp；Gaitplanning1引言双足行走机器人与传统的轮式机器人相比有更好的可移动性。自从1996年Honda宣布仿人机器人P2的发展以后，类人型机器人的发展就更加迅速了，有很多对双足行走机器人步态分析方法。McGeer给出了1种被动的行走算法。把机器人放置在微斜的平面上，在没有外力的驱动下，依靠重力和行走过程中的惯性来迫使机器人行走，而ShuujiKajita则设计了1种理想化的2一D双足行走机器人模型，在机器人的体内放置了

6、4个DC(DirectCurrent)马达来平衡重心，因为其结构简单，机器人的CoG(CenterofGravity)可以比较平衡地水平移动，以达到机器人行走的目的。所以基于机器人行走过程中步态的连惯和轨迹的光滑考虑，本文采用基于重心的三步规划法对机器人进行步态规划，同时利用多项式插值的优点使机器人的行走有比较平稳、光滑的过渡。2机器人模型建立收稿日期：2009—06—25修回日期：2009—09—22·-——148·-——人体行走的过程是以周期方式不断向前推进，在每个行走周期可分为单脚支撑阶段和双脚支撑阶段。单

7、脚支撑阶段是一只脚着地，从后脚脚尖离开地面到后脚移动到支撑脚前面，且脚后跟着地的整个过程；双脚支撑阶段是两只脚都着地，移动脚脚后跟着地到前脚脚尖离开地面的整个过程和行走的初始状态。因此行走机器人的模型的关节节点坐标为FOOT的行走轨迹的点在坐标系中的坐标，描述了机器人行走过程中x方向和Z方向上的运动特征。因此建立如下模型。设置关节的位置坐标表示为：兄=[Xai(t)，‰(t)，缸(f)，以(t)]r，i=1，201代表左腿，2代表右腿，其中，(菇。(￡)，z耐(￡))是踝关节在XOZ平面内的位置坐标，y。(‘)是

8、踝关节的侧向位置坐标，以(f)表示脚板与水平面的夹角。身躯轨迹表示为五=[％(t)，Yu(t)，锄(t)，Oh(t)]r，i=l，2。其中‰(t)，‰(t)，是髋关节在XOZ平面内的位置坐标，‰(t)是髋关节的侧向位置坐标，0h(‘)表示躯体与水平面的夹角。如图1所示。下肢的运动包括前向关节和侧向关节的运动，在规划时，希望前向关节和侧向关节的运动不相互影响，分别对前向和侧