异构双腿机器人步态规划与控制研究

论文摘要

随着仿人机器人技术的快速发展,科研人员正在致力于将机器人的衍生技术应用在生物医疗领域,以服务于肢体残缺或损伤的患者。下肢功能补偿以及康复技术,作为重要的研究方向,已经被广大的学者重视,集中体现在对智能假肢的研发中。由于残疾人身体有缺陷,不可能作大量、多样及重复性的实验,这无疑会影响智能假肢的研发进度。异构双腿机器人(Biped Robot with Heterogeneous Legs,简称BRHL)是一种新型的机器人模式。它从改进双腿行走机器人行走拟人特性,为智能假肢提供一个研究平台等角度出发,是双腿行走机器人与智能假肢研究的集成。本文在阐明异构双腿机器人的研究意义、内容及研究现状的基础上,对异构双腿机器人的系统组成进行了介绍。在此基础上,深入研究了异构双腿机器人的步态规划和多智能体控制策略的设计。为了使得异构双腿机器人系统能够进行仿人行走,需要对机器人进行步态规划。本文根据线性倒立摆理论,分析得到了一组相对仿人的假肢测试平台步态数据。在此基础上,运用预见控制方法对假肢测试平台重心轨迹进行规划。为了满足智能假胶多种运动测试需要,本文对异构双腿的平衡能力进行了研究。通过对力矩平衡方法的深入理解,规划出了异构双腿机器人跨越障碍等动作的步态数据。运用联合仿真平台,针对异构双腿行走机器人进行了运动学、动力学仿真。虚拟样机联合仿真验证,确保了控制算法的有效性,有力地保证了机构的合理性和控制参数的恰当选择,缩短了机器人研发周期,并能在一定程度上规避研制的风险。在控制策略的问题上,本文对智能体理论进行了介绍,并且对模型的应用进行了讨论。重点介绍了智能体的概念和结构,以及近年来多智能体领域的研究现状。最后,应用多智能体控制策略对异构双腿机器人多任务运动进行了合理的诠释,并且对机器人的深入研究起到了有效的指导作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 国内外研发现状
• 1.1.1 双足机器人研究现状
• 1.1.2 智能假肢研究现状
• 1.2 论文研究背景
• 1.2.1 双足机器人步态规划研究背景
• 1.2.2 多智能体理论背景
• 1.3 课题研究意义
• 1.4 论文主要工作
• 1.4.1 BRHL研究主线
• 1.4.2 论文结构
• 第2章 异构双腿机器人平台简介
• 2.1 BRHL系统总体方案
• 2.2 人工腿结构设计
• 2.3 仿生腿结构设计
• 第3章 线性倒立摆步态规划
• 3.1 双足机器人步态规划
• 3.2 线性倒立摆模型步态规划
• 3.2.1 线性倒立摆模型步态分析
• 3.2.2 引入ZMP理论分析线性倒立摆模型
• 3.2.3 假肢测试平台运动特殊性研究
• 3.2.4 假肢测试平台步态规划
• 3.3 预见控制方法研究
• 3.3.1 预见控制理论背景
• 3.3.2 预见控制理论优化重心轨迹研究
• 3.3.3 预见控制器算法实现
• 3.4 联合仿真实验平台
• 3.4.1 仿真平台介绍
• 3.4.2 联合仿真结果分析
• 3.5 步态在线调整研究
• 第4章 异构双腿机器人平衡能力研究
• 4.1 双足机器人平衡性研究简介
• 4.2 蹲起步态规划
• 4.2.1 力矩理论研究
• 4.2.2 蹲起动作步态规划
• 4.3 跨越障碍步态规划
• 4.3.1 假肢运动研究
• 4.3.2 越障步态规划
• 第5章 多智能体系统控制策略研究
• 5.1 多智能体理论综述
• 5.2 BDO模型介绍
• 5.2.1 Agent定义
• 5.2.2 BDO模型基本概念
• 5.3 多智能体控制策略建模
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 作者攻读硕士学位期间发表论文情况
• 致谢