仿人机器人爬楼步态规划与控制研究pptx.pptx

仿人机器人爬楼步态规划与控制研究仿人机器人因其类人的特性而具有较广的应用和较强的研究价值,能够在不同环境下稳定行走是其必须具备的基本性能。现阶段,仿人机器人的步态规划方法大多集中在平整地面环境上,直接采用基于模型的方法来获取离线步态。
在离线状态下设计出的行走步态能够满足平地无障碍稳定行走,但当机器人在不平坦地面,例如爬斜坡、上下阶梯时,该方法不能达到良好的稳定控制效果,很容易导致机器人因姿态不稳而摔倒。针对仿人机器人在爬楼环境中的步态规划及优化方法,主要包括生成离线步态、用DQN算法在线优化步态两部分,所做工作具体如下:首先,分析仿人机器人国内外研究现状及现有的爬楼步态规划方法,并介绍本文研究的主要内容及结构安排。
其次,建立了基于D-H矩阵法则的机器人腿部坐标系,推导出其正运动学方程及逆运动学解,并对逆运动学的两种求解方法进行比较和分析。再次,将机器人腿部模型简化为七连杆模型,结合移动倒立摆模型与变长倒立摆模型,建立基于ZMP的移动变长倒立摆模型,通过对质心、前向、侧向分别进行步态规划,得出各关节离线步态参数。
进而,将基于模型与智能算法的步态规划方法相结合,提出用DQN算法设计步态稳定控制器,对基于模型生成的离线步态进行在线优化。经过多次反复训练,得到最优步态数据。
同时,以稳定性与能量效率作为优化目标,得出优化前后的对比分析。最后,使用动力学仿真软件Pro/E、ADAMS和MATLAB/Simulink仿真软件联合搭建仿人机器人下肢的虚拟仿真系统,对所提算法进行验证。
同时,将最后优化后所得步态结果在物理样机平台上进行了实验。实验结果表明,该理论分析能够取得良好的控制效果,并有效改善了行走过程中的稳定性。