教学型双足步行机器人直线行走步态稳定规划方法.pdf

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1、2014年第5期工业仪表与自动化装置·63·教学型双足步行机器人直线行走步态稳定规划方法赵瑞林，孟彦京，王聪慧(1．陕西工业职业技术学院电气工程学院，陕西咸阳712000；2．陕西科技大学电气与信息工程学院，西安710021)摘要：通过对双足机器人行走步态的研究，利用多项式插值法对双足机器人直线行走步态进行规划，分析了踝关节轨迹和髋关节轨迹，通过调节单腿支撑期和双腿支撑期的比例系数来调整机器人的行走步态，使其实现稳定步行。再通过ADAMS建立虚拟样机仿真实验，验证了这种步态规划方法的正确性与可行性。关键词：双足机器人；步态稳定；规划方法；ADAMS仿真中图分类号：TP24文献标志码：A文章

2、编号：1000—0682(2014)05—0063—04ResearchonteachingofbipedwalkingrobotwalkingstablegaitplanningmethodofstraightlineZHAORuilJn‘，MENGYanjing，WANGConghui(1．CollegeElectricalEngineering，ShannxiPoletechnicInstitute，ShannxiXianyang712000，China；2．SchoolofElectricalandInformationEngineering，ShannxiUniversitySc

3、ienceandTechnology，Xi’an71~21，China)Abstract：Throughtheresearchonbipedrobotwalkinggait，straightwalkinggaitplanningofbipedrobotusingpolynomialinterpolationmeth0d，analysisoftheanklejointtrajectoryandhipjointtrajectory，byadjustingtheproportioncoeficientofphaseofdoublesupportandphaseofsinglelegsupport

4、toadjusttherobotwalkinggait，toachievestablewalking．ThenthroughtheADAMStoestablishvirtualprototypesimulation，validatethecorrectnessand：feasibilityofthiskindgaitplanningmethod．Keywords：bipedrobot；gaitstabili[y；planningmethod；ADAMSsimulation双足机器人自由度较多，运动链结构复杂，行走0引言时各自由度之间的关系协调比较困难。步态规划是步态是在步行过程中，机器人各

5、个关节在时序根据双足机器人的运动学特性规划出每个关节的运和空间上的一种协调关系，通常由各关节的运动轨动轨迹。按照规划的一系列关节运动轨迹，双足机迹来描述。步态规划的目标是产生期望步态，即产器人能完成行走功能并保持平衡。要求步态规划具生在某个步行周期中能实现某种步态的各关节运动备一定的稳定性，即机器人在理想状态下，不受外界轨迹，这个目标的实现就依赖于有效而可靠的步态干扰，能保持稳定步行。对双足机器人来说，其步行规划方法。步态规划是机器人稳定步行基础，也姿态可以有无数多种，但在进行步态规划时必须满是双足步行机器人研究中的一个关键技术。要实现足以下条件：和提高机器人的行走性能，必须研究实用而有效

6、的(1)规划的步态应符合人类的行走习惯；步态规划方法。(2)规划的步态应该使机器人保持稳定的行走姿态。收稿日期：2014—01—241步态规划的稳定性判据基金项目：陕西省教育厅2013年自然科学专项科学研究项目ZMP是1972年由南斯拉夫贝尔格莱德Mihajlo“教学型双足机器人稳定性控制模式研究”(2013JK1088)作者简介：赵瑞林(1976)，男，副教授，硕士，研究方向为控制工Pupin机器人研究所的Vukobratovic和Stepanenko程与控制理论。提出的。ZMP判据定义为：在机器人行走过程中，·64·工业仪表与自动化装置2014年第5期若ZMP始终位于支撑多边形区域内，

7、则行走是稳定∑m的。ZMP定义为：ZMP是地面上一点，机器人的支X=土—一=．Y撑脚所受到的地面反作用力关于该点的力矩，沿着Irt,，∑mg水平面内的两个垂直方向的分量为零；支撑多边形i：1为足底与地面之间的支撑多边形。单腿支撑期时为2直线行走的步态规划步骤单个脚掌，而双腿支撑期时，支撑多边形为2只支撑脚接触点所构成的最大凸多边形。但实际步态规划由于双足机器人的非线性、强耦合和多自由度中应尽可能使机器人ZMP点位于支撑多