基于ZMP的拟人机器人步态规划

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1、第uv卷第y期机器人∂²¯quvo²qyΡΟΒΟΤusst年tt月²√qousst文章编号}tssu2swwykusstlsy2sxsw2sxΞ基于°的拟人机器人步态规划杨东超汪劲松刘莉陈恳k清华大学精密仪器与机械学系北京tsss{wl摘要}拟人机器人具有广阔的应用前景o研制工作得到了各国的重视o近年来已取得巨大的进展o但仍存在大量的理论和技术问题有待深入研究o基于零力矩点k°l的轨迹规划是需解决的关键技术之一q本文比较分析了一般的双足步行机与拟人机器人的步态规划特点和基于双足步行的两步规划方法o提出了一种适用于拟人机器人步态规划的新方法))逆两步规划法o仿真研究表明采用这种方法规划°轨迹

2、是可行的q关键词}°~拟人机器人~步态规划中图分类号}×°uw文献标识码}ΓΑΙΤΠΛΑΝΝΙΝΓΟΦΗΥΜΑΝΟΙΔΡΟΒΟΤΒΑΣΕΔΟΝΖΜΠ≠²±ª2¦«¤²•¬±2¶²±ª¬≤∞¨±kΔεπτοφΠρεχισιονΙνστρυμεντανδΜεχηανισμΤσινγηυαΥνιϖερσιτψoΒειϕινγtsss{wlΑβστραχτ}׫¨µ¨¬¶¤¥µ²¤§¤³³¯¬¦¤·¬²±³µ²¶³¨¦·¬±·«¨§¨√¨¯²³°¨±·²©«∏°¤±²¬§µ²¥²·q·¶µ¨¶¨¤µ¦«¤±§°¤±∏©¤¦·∏µ¬±ªº²µ®«¤√¨¤··µ¤¦·¨§¬±·¨µ±¤·¬²±¤¯¤·

3、·¨±·¬²±qµ¨¤·¤¦«¬¨√¨°¨±·¶«¤√¨¥¨¨±°¤§¨¬±µ¨¦¨±·¼¨¤µ¶q²º¨√¨µo°¤±¼³µ²¥¯¨°¶²±·«¨²µ¼¤±§·¨¦«±²¯²ª¼¤³³¨¤µ¤±§±¨¨§·²¥¨©∏µ·«¨µµ¨¶¨¤µ¦«¨§²±q¤¬·³¯¤±±¬±ª²©«∏°¤±²¬§µ²¥²·¥¤¶¨§²±°¬¶²±¨²©·«¨¦µ¬·¬¦¤¯·¨¦«±¬´∏¨¶q±·«¨¥¤¶¨²©¦²°³¤µ¬±ª¤±§¤±¤¯¼½¬±ª«∏°¤±²¬§µ²¥²·χ¶§¬©©¨µ¨±·°¨·«²§¶¤¥²∏·ª¤¬·³¯¤±±¬±ªo·«¨¤µ·¬¦¯¨³µ²³²¶¨¶¤±¨ºº¤¼)¬±

4、√¨µ¶¨·º²2¶·¨³°¨·«²§q׫¨¶¬°∏¯¤·¬²±¤±§µ¨¶¨¤µ¦«¬±§¬¦¤·¨·«¤·¬·¬¶©¨¤¶¬¥¯¨·²¤§²³··«¬¶°¨·«²§·²³¯¤±°χ¶·µ¤¦®qΚεψωορδσ}°o«∏°¤±²¬§µ²¥²·oª¤¬·³¯¤±±¬±ª1引言kΙντροδυχτιονl根据力学原理可知o当物体处于静止状态时o其平衡的充要条件是其重心在地面上的投影o落在其拟人机器人由于对环境的良好适应性o人们期支撑面内o而广义地讲o当物体处于运动状态时o其望的拟人性和广阔的应用前景o针对拟人机器人的平衡的必要条件是所受重力与惯性力的合力的延长研究工作已越来越受到了各国的

5、重视q但拟人机器线通过其支撑面内k该合力的延长线与支撑面的交人与传统的轮式机器人相比o最难解决的问题之一点称为°lq当物体处于静止状态时o不受惯性力o就在于步态的规划q二者相统一o故可将前者看作是后者的一个特例q对完整的步态规划包括两方面的内容}姿态的规拟人机器人来讲o除了站立不动o其它一切活动均应划和≈t 轨迹的°k¨µ²²°¨±·°²¬±·o零力矩点l属于后者o哪怕是速度非常缓慢的静态行走和挥手规划o二者相互影响o关系密切q所谓姿态的规划o是动作q但是o在步行过程中o双足状态始终在摆动相指机器人行走过程中其各组成部分运动轨迹的规和支撑相间交替转换o步态规划仅满足平衡条件是划o比如说o脚

6、掌何时离开地面!摆动相中整个脚掌不够的o实际轨迹的规划需要精确地规划出°的在空中的轨迹!何时落地等q姿态的规划相对比较简轨迹o使形成的°轨迹基本上落在支撑面的中间单o常用的方法是先规划出髋关节与踝关节的轨迹o位置o而且轨迹平滑!无尖点o以获取足够大的步行然后计算出其它组成部分的轨迹q运动稳定裕度o保证摆动和支撑状态的平稳过渡o防Ξ基金项目}清华大学

7、{x项目资助q收稿日期}usstpsupus第uv卷第y期杨东超等}基于°的拟人机器人步态规划xsx止过渡期时运动轨迹!速度和加速度的突变和不连的不同结构特点o前者只有下肢o通过控制平衡块的续o然而这一点也正是拟人机器人步态规划的难点运动来简化

8、轨迹规划o以获取期望的°轨迹o平所在q衡块的有无给步态的规划带来了很大的不同q具有到目前为止o有关拟人机器人°轨迹规划的平衡块的双足步行机的步态规划可采用两步规划文章很少≈u o该问题仍有待深入研究q为此o本文通过法o第一步}规划下肢的行走姿态~第二步}根据已分析一般双足步行机和拟人机器人步行规划的特点规划的下肢行走姿态及期望的°轨迹来确定平以及基于双足步行机的两步规划法o提出了适用于衡块的运动规律q这样就能较精确地规划