足履机器人的步行建模和运动仿真

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基于ZMP轨迹的双足机器人步态规划及仿真

0 引言仿人双足机器人是通过模仿人体外形、结构和功能而设计的一类仿生机器人，一般具有双臂、双腿、躯干和头部等人体结构特征，能够像人一样进行双手协同作业和双足稳定行走[1]。

与轮式、履带式机器人相比，仿人双足机器人独特的单、双腿交替支撑行走模式具有更大的机动性和更强的环境适应能力，未来有望在军事、服务、科普和娱乐等领域获得广泛应用，具有重大的理论研究意义和实际应用价值。

仿人双足机器人的步态规划是在满足稳定步行条件的前提下，通过规划机器人步行时质心和踝关节的运动轨迹，确定机器人各关节转角随时间的变化函数曲线。

目前，生成双足机器人步态的主要方法可归为三类：1）基于人体运动捕捉数据(HMCD)的步态规划[2]；2）基于力学简化模型的步态规划[3-5]；3）基于智能算法的步态规划[6-7]。

以上方法中，第一类方法因人体与机器人在结构和形态上存在差异，故人体步行数据不能直接用于机器人的控制，需要经过复杂的修正、变换后才能使用；第三类方法包括人工神经网络(ANN)、中枢模式发生器(CPG)等智能算法[6-7]，这类步态生成方法是机器人步态规划的发展趋势，但目前尚缺少严格的数学理论论证，仍不够成熟；而第二类方法是目前最简便、最成熟、应用最广泛的步态规划方法，主要基于二维或三维线性倒立摆、桌子-小车等力学简化模型规划步态[1,3-5]。

利用倒立摆规划双足机器人步态时，因ZMP[8]（零力矩点，即地面上合力矩为零的一点）稳定性未被考虑在内，故难以获得稳定裕度较高的步态曲线。

针对这一问题，本文对传统的三维线性倒立摆模型进行改进，将期望ZMP 轨迹纳入机器人的步态生成过程中，使ZMP始终处于机器人足底形成的支撑多边形内，并保持最大的稳定裕度。

1 基于三维倒立摆模型的步态规划1.1 利用三维倒立摆模型规划质心轨迹本文采用的三维倒立摆简化力学模型如图1所示，该模型与传统三维倒立摆的不同之处在于将倒立摆的支撑位置由地面移至机器人踝关节。

仿生四足机器人步态规划与仿真研究

仿生四足机器人步态规划与仿真研究1. 引言1.1 研究背景仿生四足机器人是一种模仿动物四足行走方式的机器人，具有良好的稳定性和适应性，被广泛用于恢复性医疗、紧急救援、军事作战等领域。

随着人工智能和机器人技术的不断发展，仿生四足机器人的研究也变得越来越重要。

在仿生四足机器人的步态规划和仿真研究中，如何设计出稳定且高效的行走模式成为研究的重点之一。

近年来，随着计算机仿真技术的不断进步，仿生四足机器人的步态规划和仿真研究取得了一系列重要进展。

通过计算机模拟仿生四足机器人的步态和动作，研究人员可以更好地了解机器人行走时的力学特性和运动规律，为机器人的控制和优化提供有力支持。

本文将对仿生四足机器人步态规划与仿真研究进行深入探讨，旨在为仿生四足机器人的设计与控制提供理论支持和实验基础。

通过对步态规划算法、仿真模型建立、实验结果分析以及研究展望和应用前景的讨论，将全面展示仿生四足机器人的发展现状和未来发展方向，为相关领域的研究工作提供有益参考。

1.2 研究目的研究目的是为了解决传统固定步态规划方法在应对复杂环境和不确定性时存在的不足之处，提高仿生四足机器人的运动稳定性和适应性。

通过研究仿生四足机器人的步态规划算法，探索其在不同地形和工作条件下的运动模式，为其设计提供更加智能和高效的运动策略。

通过建立仿真模型，验证步态规划算法的有效性，并进一步探索优化算法。

研究将通过实验结果来验证仿生四足机器人步态规划算法的可行性和有效性，为进一步开发基于仿生原理的机器人提供参考和借鉴。

通过深入研究仿生四足机器人的步态规划与仿真，探讨未来在智能机器人领域的发展方向和挑战，为该领域的研究提供新的思路和方法。

1.3 研究意义仿生四足机器人的研究意义主要体现在以下几个方面：1. 提高机器人的稳定性和适应性：仿生四足机器人可以模仿动物在不同地形上行走的方式，通过合理的步态规划算法，可以使机器人在复杂环境中保持稳定，提高其适应性和灵活性。

六足机器人步态规划与运动仿真

机器人的运动特点研究是机器人领域的重要方向之一，其运动特点决定了机器人的设计和控制的好坏。

而在机器人运动关节控制中，需要建立各个关节之间的坐标系，计算足端的运动轨迹和各个关节变量的关系，从而推算出机器人的运动状态。

六足机器人的运动学模型主要是建立其腿部、足端对基座坐标系随时间变换的函数，从而得到机器人腿部各个关节关于时间的运动函数模型，并仿真分析机器人关节和液压缸的位移、速度和加速度的连续性和光滑性，最终得到合理的足端轨迹。

1　D-H坐标系的建立首先将机器人的基体设定为运动坐标系，利用D-H理论建立腿部的运动学模型，求解腿部关节在基体坐标系下的运动变量。

如图1所示，根据D-H理论创建关节坐标系，得到单根腿的D-H坐标系，并求得腿部关节的部分参数。

图1　六足机器人单腿D-H坐标系从图1可以得到，机器人的腿部关节都是以旋转副的形式存在，因此连杆偏距参数d i大小为0，受影响的关节变量为转角θi。

现以机器人中腿3号为例，写出腿部各关节连杆之间的D-H参数，连杆长度a1=40mm、a2=308mm、a3=310mm，连杆扭角α1=90°、α2=0°、α3=0°，连杆转角θ1=0°、θ2=27.258°、θ3=-54.315°。

2　六足机器人正逆运动学求解图1中，将第j个坐标系{O j,j}的姿态相对于第j-1个坐标系{O j,j-1}的变换矩阵用T表示；坐标变换均为关节的转动，连杆偏距量为0，得到坐标系{O j,j-1}通过旋转变换矩阵得到坐标系{O j,j}的过程。

根据坐标系的变换方法，得到连杆关节的旋转变换矩阵T的计算式：111111110001i i ii i i i iiii i i i ic s as c c c sTs s c s cθθθαθααθαθαα−−−−−−−−−−=（1）式中cθi=cosθi，sθi=sinθi，cαi-1=cosαi-1，sαi-1=sinαi-1。

基于ADAMS的双足机器人建模与仿真

为了分析多天线系统中天线的布局策略首先建立飞机简化模型引入遗传算法对天线的耦合度进行分析得出多天线总耦合度关于待求天线位置的表达式然后综合考虑三根天线的影响求得使待求天线获得最小耦合度的位置
第 27卷第 5期文章编号: 1006 - 9348( 2010) 05 - 0162- 04
计算机仿真
2010年 5月
24
2所示的平面二连杆
逆运动学问题。
左腿髋部的两个关节角可由约束 8 = - 0 和 6 = 4 2 来确定。
对右腿来说, 在 O 系中髋部 ( C2 点 ) 和踝部 (A 2 点 ) 的坐标之差为:
xC 2 - xA 2
- L1 sin( 7 - 5 ) - L2 sin 7
yC 2 - yA 2 = ( L1 cos( 7 - 5 ) + L 2 co s 7 ) s in 9 ( 8)
zC 2 - zA 2
( L1 co s( 7 - 5 ) + L2 cos 7 ) cos 9
这个表达式的结构和 C 1 点坐标的结构类似, 可以采用
同样的方法来求出 5、 7和 9。1 和 3 只影响右脚的姿态, 可
以根据行走时的需要来设定。
3 虚拟样机的建立
根据双足机器人的七连杆结构模型, 在 A DAM S 中建立双足机器人虚拟样机模型, 所需参数根据物理样机的数据来进够大。为了实现虚拟样机的运动, 要对相邻连杆间的各个关节
添加运动副。根据之前设定的双足机器人的自由度, 各关节处设定的运动副如表 1。
从 P1 ( - XP, - YP ) 开始, 经过 O 点最后到达 P 2 (XP, - YP )。
表 1 虚拟样机的关节约束

毕业论文（设计）基于matlab的双足步行机器人腿部运动模型的建立与运动仿真

诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。

本人签名：年月日毕业设计任务书设计题目：基于MATLAB的双足步行机器人腿部运动模型的建立与运动仿真系部：机械工程系专业：机械电子工程学号：112012337学生：指导教师（含职称）：（讲师）专业负责人：1．设计的主要任务及目标1）通过查阅有关资料，了解双足型机器人主要技术参数；2）双足型机器人的腿部模型建立及运动部件设计3）利用Pro/E完成动作的仿真2．设计的基本要求和内容1）双足型机器人的腿部功能选择；2）模型的建立；3）运动的仿真4）完成毕业设计说明书的撰写3．主要参考文献[1] 孙增圻.机器人系统仿真及应[ J ].系统仿真报，1995 ，7( 3 ):23-29.[2] 蒋新松，主编.机器人学导论[ M ].沈阳：辽宁：辽宁科学技术出版社，1994.[3] 蔡自兴.机器人学[ M ].北京：清华大学出版社，2000.[4] 薛定宇，陈阳泉.基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用[ M ].北京：清华大学出版社，20024．进度安排设计各阶段名称起止日期1 发放毕业设计题目及选题2015.03.03—2015.03.232 查阅文献，了解研究意义，完成开题报告2015.03.24—2015.04.133 编写说明书，已完成工作，完成中期答辩2015.04.14—2015.05.044 继续编写毕业设计说明书2015.05.01—2015.06.015 提交设计说明书，完成毕业答辩2015.06.02—2015.06.22审核人：年月日基于Matlab的双足步行机器人腿部运动模型的建立与运动仿真摘要：最近几年，双足仿人步行机器人发展很快，有很高的科学研究价值。

步行机器人的运动是模仿人的步行运动的形式，相比其它机器人有更好的灵活性，所以可以完成各种生活中的难度更大的任务，实用价值远高于其它机器人，当然研究难度和控制也相当复杂。

七连杆双足机器人建模和控制系统仿真

ｄｔｅｃｍａｅｉｌｅｔｅｒｔａｌｒｇｎｔｃｎｒａｔｉｄｗｌｉｇｒｔｓｅｃａｉａｏｄａａｏｐｄｗｔｔｏｅｃｓｅｅｏｏｆｍｔｔｈｂｐａｎｂｇｍｅｈｎｓｈｓｏａｒｒｌｈｈｉｔｉｂｏｉｈｅｅｋｏａｌｏｍｇ
１引言
因为步行机器人在各种环境下的应用有很多不可替代的优越性，人们对它的研究越来越感兴趣。双足机器人的研究是一个多技术合作领域的课题，一般可以分为机器人技术
和控制技术、计算机图形学和生物力学三个部分。双足步行
两足步行系统稳定性的研究提供了有效的控制指标。１７９３年，国Ｏｉ州立大学的Ｈｍｎｉ美ｈｏｅａｍ博士提出了步行机器人
ｔｏｔｏ．Ｔｏｒａｉｅｄｎｍｉｌｉｆｔｅｈｏｃｎｒ１ｅｌｙａｃｗａｋｎｇｏｈｕｍａｏｄｒｂｏ，ｗｅｈａｅｔｓａｌｓｏｏｎｍｉｄｅｓ，ｄｓｇｈｚｎｉｏｔｖｏｅｔｂｉｈｒｂｔｄｙａｃｍｏｌｅｉｎｔｅｃｎｒｌａｇｒｔｍｏａｔａｄｔｔｂｌｔｏｔｒｓＩｈｓｐａｒ，ｄｙａｃｍｏｅｎｄｃｎｒｌｓｓｅｏ一ｌｎｏｔｏｌｏｉｈｆｒｇｉｎｈｅｓａｉｉｐｓｕｅ．ｎｔｉｐｅｙｎｍｉｄｌａｏｔｏｙｔｍｆａ７ｉｋｓ
（ｅａｔｅｔｆｃａｉｌｎｉｅｒｇＥｓＣｉａＪｏｎｎｖｒｉ，ａｃａｇＪｎｘ３０１，ｈｎ）ＤｐｒｎｏＭｅｈｎｃｇｎｅｎ，ａｔｈｎａｔｇＵｉｅｔＮｎｈｎｉｇｉ３０３ＣｉａｍａＥｉｉｏｓｙａ

基于MATLAB的双足机器人的运动模型的建立与运动仿真

基于MATLAB的双足机器人的运动模型的建立与运动仿真任务书1．课题意义及目标随着科技的发展，双足机器人与人类的联系日益密，人们更解机器人学习机器人，在进行双足机器人教学时，就有必要用到机器人仿真系统，可以将机器人仿真的结果以图形的形式表示出来，从而直观地显示出机器人的运动情况，从而让双足机器人更好的各种完成动作。

2．主要任务1）通过查阅有关资料，了解双足型机器人主要技术参数；2）双足型机器人的运动部件设计及模型建立3）利用MATLAB完成动作的仿真4）完成毕业设计说明说的撰写3．主要参考资料[ 1 ] 孙增圻.机器人系统仿真及应[ J ].系统仿真报，1995 ，7( 3 ):23-29. [ 2 ] 蒋新松，主编.机器人学导论[ M ].沈阳：辽宁：辽宁科学技术出版社，1994. [ 4 ] 薛定宇，陈阳泉.基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用[ M ].北京：清华大学出版社，2002审核人：年月日诚信声明本人郑重声明：本论文的建模与仿真是自己在指导老师和同学们的指导帮助下独立完成的，其中引用的文献已在参考文献中标出。

本人签名：年月日基于MATLAB的双足机器人运动模型的建立与运动仿真摘要：双足机器人是利用双腿和其他部件之间的协调完成动作的，其运动方式与其它的相比较而言更加的方便，更加有益于人们的各种需要，正因为如此，所以双足机器人在科研方面才更加备受关注。

双足机器人具有非线性、变结构等等一系列组合的动力学系统，首先我们要确立双足机器人的自由度和各个运动方向上的运动，双足机器人的运动方向有滚转俯仰和偏航。

为了完成双足机器人能到做到上述的动作，我决定把双足机器人的自由度设置为12个，我们要利用D-H，在进行相应用的计算的到双足机器人正运动模型，已知正运动模型我们在推导出逆运动模型。

最后用MATLAB进行模型的仿真关键词：双足机器人运动学模型 D-H 表示法动力学模型拉格朗日方程The establishment of a bipedal robot motion model based on MATLABand movement simulationAbstract：Biped robot is using the coordination between the legs and other parts to complete the actions, comparing with other movements, it’s more convenient and more beneficial to the meet all kind of needs, for this reason, bipedal robot draws more attention on scientific research. Biped robot has a series combination of dynamic system, such as nonlinear, variable structure. First, we need to establish the freedom and movements to every moving direction of biped robot. The movements of biped robot are roll pitch and yaw. To make biped robot finishing movements mentioned above, I decide to set DOF of bipedal robot 12, we use D-H and relative calculation to get positive movement model of bipedal robot, on the known condition of positive movement model, we reduce negative movement model. Finally, we use MATLAB to emulate the model.Keywords:Biped robot;The kinematics model;D-h notation;Dynamic model;The Lagrange's equations目录1 绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 双足机器人的研究状况 (1)1.3 本文的双足机器人主要设计 (3)2 双足机器人运动学模型 (4)2.1 引言 (4)2.2 机器人位置与姿态的描述 (4)2.2.1 齐次坐标和变换矩阵 (6)2.3 双足机器人的自由度配置 (8)2.4 双足机器人的运动学模型 (10)2.4.1 正运动学模型 (10)2.4.2 逆运动学模型 (13)2.5 本章小结 (16)3 双足机器人动力学模型 (17)3.1 引言 (17)3.2 机器人的雅克比矩阵 (17)3.3 机器人的惯性张量 (18)3.3.1 机器人各部分的惯性张量 (19)3.4 双足机器人的动力学模型 (19)3.4.1 拉格朗日方程 (20)3.4.2 动力学模型 (20)3.4 本章小结 (25)4 双足机器人模型的仿真 (26)4.1 双足机器人的混杂动力学模型 (26)4.2 单腿支撑期的模型 (26)4.3. 双腿支撑期的模型 (26)4.4三连杆平面双足机器人的混杂模型 (27)4.5模拟仿真 (29)4.6 本章小结 (35)5 总结与展望 (36)5.1 论文总结 (36)5.2 进一步的研究工作 (36)参考文献 (38)致谢 (39)1 绪论1.1 引言我们所知道的的机器人大概诞生于美国的五六十年代。

仿生四足机器人步态规划与仿真研究

仿生四足机器人步态规划与仿真研究一、仿生四足机器人步态规划算法仿生四足机器人步态规划是指通过合理的算法和方法来实现机器人的步行运动，保证机器人在不同地形和环境中能够稳定行走。

目前，常见的仿生四足机器人步态规划算法包括基于中心模式生成（Central Pattern Generator，CPG）的方法、基于反馈控制的方法以及基于优化算法的方法等。

1. 基于中心模式生成的方法中心模式生成是仿生学中常见的一种生物神经系统控制模式，通过模拟生物神经系统的节律产生器来实现机器人步态控制。

在仿生四足机器人中，可以通过设计和调整神经元网络的连接权重和传递函数来实现机器人的步行运动。

中心模式生成方法具有较好的动态稳定性和适应性，不受外界干扰影响较小，因此在仿生四足机器人步态规划中得到了广泛应用。

2. 基于反馈控制的方法基于反馈控制的方法是指通过传感器获取机器人当前的状态信息，运用控制理论中的反馈原理来调节机器人的步行运动。

常见的反馈控制算法包括PD控制、PID控制等，可以根据机器人的动力学模型和环境条件来设计合适的控制器，从而实现机器人的稳定行走。

3. 基于优化算法的方法基于优化算法的方法是指利用计算机算法来搜索和优化机器人的步态参数，以达到最佳的步行性能和能耗效率。

常见的优化算法包括遗传算法、粒子群算法、模拟退火算法等，可以对机器人的步态参数进行自适应调整，从而适应不同地形和工作条件。

为了验证和优化步态规划算法，研究人员通常会构建仿真平台来进行仿真实验。

目前，常见的仿真平台包括虚拟仿真软件（如MATLAB/Simulink、V-REP等）和实物仿真平台（如机器人模型实验平台等）。

1. 虚拟仿真软件虚拟仿真软件是指通过计算机软件模拟机器人的运动和控制过程，可以方便地调整参数和观察机器人的行为。

MATLAB/Simulink是一款常用的仿真软件，具有强大的计算和图形化界面，可以方便地实现步态规划算法的仿真研究。

V-REP是一款三维虚拟仿真软件，可以构建真实的机器人模型并模拟机器人的运动和控制过程，是仿生四足机器人研究的重要工具之一。

双足仿生机器人行走机构设计

双足仿生机器人行走机构设计1. 引言双足仿生机器人是一种模仿人类步行方式的机器人，其行走机构的设计是实现机器人自主行走的关键。

本文将介绍双足仿生机器人行走机构的设计原理、结构与控制方法。

2. 设计原理双足仿生机器人的行走机构设计基于人类步行的原理。

人类步行是一种交替进行的两足动作，每步分为摆动相和支撑相。

在摆动相中，一只脚离地，并向前摆动；在支撑相中，另一只脚着地支撑身体。

机器人的行走机构需要模拟这一过程，通过控制各关节的运动实现机器人的步行。

3. 结构设计双足仿生机器人的行走机构包括传感模块、控制模块和执行模块。

传感模块用于感知机器人身体姿态和环境信息，如倾斜角、步长和地面状态等。

控制模块根据传感器信号和预设的步态参数计算关节的运动轨迹和力矩控制信号。

执行模块根据控制模块的指令，控制各关节运动，实现机器人的步行。

具体的结构设计包括：3.1 关节设计双足仿生机器人的关节设计需要考虑力矩传输、运动范围和结构强度等因素。

一般采用电机驱动的关节设计，通过控制电机的转动角度和力矩，实现机器人的步行动作。

3.2 脚底设计机器人的脚底设计需要考虑地面的摩擦力、稳定性和抗震性等因素。

一般采用具有摩擦力的材料作为脚底，例如橡胶或塑料材料。

同时，在脚底设计中还可以添加传感器，用于感知地面的状态和表面特征。

3.3 稳定性设计双足仿生机器人的稳定性设计是保证机器人能够在不倒地的情况下行走。

稳定性设计包括重心的控制、姿态的调节和动态平衡控制等。

通过控制机器人的关节运动和重心转移，使机器人能够保持平衡并行走。

4. 控制方法双足仿生机器人的行走机构控制方法包括开环控制和闭环控制两种。

4.1 开环控制开环控制是指根据预设的步态参数，通过控制各关节的运动轨迹和力矩，实现机器人的步行。

开环控制简单但稳定性较差，容易受到外界干扰影响。

4.2 闭环控制闭环控制是根据传感器信号和控制模块的反馈信息，实时调整关节的运动轨迹和力矩，以实现更加稳定的步行。

仿生四足机器人步态规划与仿真研究

仿生四足机器人步态规划与仿真研究步态规划是仿生四足机器人研究中的一个重要方向。

步态规划是指通过研究和设计机器人的运动序列，使机器人能够以一种稳定、高效的方式行走。

步态规划的目标是使机器人能够在不同的工作环境中以最小的能耗完成任务。

在进行步态规划时，需要考虑多种因素，如机器人的机械结构、运动学模型、动力学特性等。

首先需要建立机器人的运动学模型，通过求解运动学方程得到机器人各关节的运动轨迹。

然后，根据机器人的运动学模型，计算出机器人的动力学特性，包括关节力和末端力矩等。

通过优化算法对机器人的步态进行规划，使机器人的运动轨迹最优化。

为了验证步态规划的效果，需要进行仿真研究。

仿真研究可以通过建立仿真模型，模拟机器人在不同环境中的运动情况。

通过对仿真模型中的参数进行调整，可以观察到机器人在不同条件下的步态变化。

通过对仿真结果的分析，可以评估不同步态规划算法的性能，并为实际机器人的步态规划提供指导。

目前，对仿生四足机器人步态规划与仿真的研究尚处于起步阶段，仍需要更多的理论和实践探索。

未来的研究可以从以下几个方面展开：一是进一步完善机器人的步态规划算法，提高机器人的运动效率和适应性；二是构建更加精确的仿真模型，包括机器人的机械结构、关节运动学和动力学特性等，以提高仿真结果的准确性；三是考虑复杂的工作环境，如不平坦地面、障碍物等，进一步提高机器人的适应性和抗干扰能力。

步态规划与仿真研究对于提高仿生四足机器人的运动能力和适应性具有重要意义。

通过不断的研究和探索，相信仿生四足机器人在不久的将来将能够在各个领域得到更广泛的应用。

六足机器人行走与运动仿真分析

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（ａ）重心位置曲线
（ｂ）重心速度曲线
（ｃ）重心加速度曲线（下转第１５８页）
图７０＝２２。时的重心曲线图
・
设计分析
对作品的呈现方式在都是未知的，这就导致了交互艺术设计作网络的二次传播。因此，作为开放性的艺术设计作品，其效果并品在形式表现上的开放性。此种开放性必须发生在作品和受众不是来源于作为设计师个人构思和创作的静态实物作品的独立
的互动之间，若用物理学中 “ 力是相互的 ” 这一观点来看，当受存在，而是来自于由受众协力控制的演变发展、不断变化的多
这些作品在现场看起来并不像事先控制的，相反，它们众的注意力作用于特定的作品时，作品受到外来作用力，其形元过程。
态或结构等会发生相应地变化，从而按照设计师指定的规则生需要观众的互动来激活，并且这些作品如果不是处于创作的过成反应，带来的作品在形式上的多元性。为受众带来不同的视程，它们就无法带来交互艺术给人的情感上的愉悦，不能满足听感受。交互艺术设计让观众置身作品其间，可以对作品形态消费者对艺术设计在情感上的审美需求。进行改变，从而发生随机、多元性的变化，这些变化并不能完全４开放性在交互艺术设计中的意义与价值
０ＯＯＯＯ００００
０Ｏ
∞ （ ∞ ∞ ∞ ｏ ∞ ｃ）重加速度曲线
图５０＝Ｏ。时的重心曲线图

基于双足机器人步态规划与运动学仿真

电子技术• Electronic Technology60 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering【关键词】人工智能双足机器人步态规划运动学仿真与以往轮式、履带式机器人相比来看，双足机器人在越障方面的能力较强，移动盲区相比较小，并且具有重量轻、体积小、灵活性强等特征，与人类步行特征相类似，对复杂环境的适应性较强。

在实际应用过程中，双足机器人可适用于放射性、危险性较强，高强度、长时间的单调作业当中。

步态规划有利于提升几人的稳定行走能力，因此对此方面进行研究具有十分重要的现实意义。

1 双足机器人运动学模型构建通过对国内外双足机器人自由度的分析，与人体中关节自由度相结合后，设计了10个自由度机构，分别为两个髋关节、两个踝关节、一个膝关节。

在踝关节与髋关节的两个自由度中，一个是负责前向运动，另一个负责侧向运动；而膝关节中的一个自由度只是负责前向运动。

在本文所设计的双足机器人中，10个自由度均为可转动关节，利用D-H 法构建齐次坐标系，将机器人的各个关节都分别以坐标系的方式表现出来，其中，机器人右脚中心的坐标系O 0-X 0Y 0Z 0为参考坐标系，躯干中心坐标系为O 6-X 6Y 6Z 6，左脚中心的坐标系为O 12-X 12Y 12Z 12，后两者为虚拟坐标系，为计算结果提供辅助和参考。

根据机器人的相关知识可知，杆件坐标系i 与i-1相比，存在的差距为，与之相邻的坐标系之间的矩阵变换为：式中，a i-1代表的是Z i-1到Z i 的距离；ca i-1代表的是Z i-1到Z i 的角度；d i 代表的是X i基于双足机器人步态规划与运动学仿真文/韩金伯到Z i 的测量距离；此处为0；代表的是从X i 到X i-1转动的角度。

通过上述矩阵能够将坐标O 6-X 6Y 6Z 6与O 0-X 0Y 0Z 0的运动学位置进行计算，同样的道理还能够得到其他关节坐标系与参照坐标系间的运动学正解。

双足机器人步态仿真及腿部设计与控制

越障行走的适应性研究
障碍物识别的准确性
研究基于计算机视觉或传感器技术的障碍物识别方法，以提高双足机器人越障行走的准确性。
腿部机构的灵活性
针对越障行走过程中，研究双足机器人腿部机构的灵活性设计，以实现平稳、安全的越障动作。
自适应控制策略
根据障碍物的类型、大小和形状等因素，研究双足机器人的自适应控制策略，以实现更高效、稳定的越障行走。
，延长机器人的工作时间。
稳定性和灵活性
03
腿部设计应同时保证机器人的稳定性和灵活性，以实现平稳、
灵活的运动。
常用腿部设计方案
01
两段式腿
两段式腿是一种常见的双足机器人腿部设计方案，由大腿和小腿组成
，通过关节连接。这种设计具有结构简单、易于控制等优点。
02 03
三段式腿
三段式腿是一种更为复杂的双足机器人腿部设计方案，由大腿、膝盖和小腿组成，通过两个关节连接。这种设计具有更大的灵活性，能够适应更复杂的地形和运动需求。
实验环境
实验平台设在一个模拟各种地形和环境的实验室环境中，以便对机器人的适应性和性能进行全面测试。
实验结果展示及分析
步态仿真
通过在实验平台上模拟不同种类的步态，如步行、奔跑和跳跃，研究人员可以观察到双足机器人在不同运动状态下的性
能表现。
腿部设计与控制
通过调整机器人的腿部结构和控制策略，研究人员观察到机器人在不同地形和环境中的适
01
双足机器人步态仿真是通过计算机模拟双足机器人的行走过程，以评估机器人的稳定性、效率和安全性。
02
步态仿真基于生物学原理，将机器人的腿部机构简化为生物体的腿部结构，并模拟其运动过程。
03

双足机器人的行走控制与仿真

双足机器人的行走控制与仿真双足机器人是一种复杂的人造机器人，它可以模拟人类的步态进行行走。

在当今科技的发展中，双足机器人的应用越来越广泛，例如在残疾人康复、足球比赛和军事领域等方面都起着重要的作用。

为了实现双足机器人的高效和安全行走，需要进行行走控制和仿真的研究。

一、双足机器人的行走控制在双足机器人的行走控制中，主要有以下几个方面的技术：1. 步态规划步态规划是指为双足机器人规划一套合理的步态方式，让机器人可以稳定地进行行走。

在步态规划中，需要考虑足端和身体的着地位置、步态周期、步幅和步速等因素。

通过这些规划，可以使双足机器人实现更加灵活、平稳的步态。

2. 动力学控制动力学控制是指控制机器人进行行走时，根据机器人当前的状态、环境变化和任务需求，及时调整机器人的姿态，实现稳定的步态。

在动力学控制中，需要考虑机器人的平衡性、稳定性和动态性。

3. 路径跟踪控制路径跟踪控制是指通过计算机控制双足机器人的步伐，由计算机控制机器人按照预设的路径进行行走。

这种控制方法可以更加稳定地控制机器人步态，减少机器人的倒地风险。

二、双足机器人的仿真双足机器人的仿真是指通过计算机模拟实际的机器人操作和环境，以验证双足机器人的行走控制算法和策略。

通过仿真，可以更加准确地评估双足机器人的性能，从而为实际应用提供优秀的参考。

1. 建立仿真模型建立双足机器人的仿真模型是仿真的首要步骤。

在建立仿真模型时，需要考虑双足机器人的几何结构、质量、动力学特性等因素。

通过数学建模和仿真建模软件，可以构建出一个符合实际情况的双足机器人模型，以便进一步进行仿真分析和测试。

2. 仿真分析仿真分析是通过模拟实际情况，测试控制算法和策略的有效性。

在仿真分析中，可以模拟不同的运动状态、环境因素和操作要求，验证不同的控制方案和策略。

仿真分析可以大幅度缩短实际测试时间和成本，并可以重复测试以进行验证。

3. 仿真优化双足机器人的仿真优化是指通过仿真结果分析，改进双足机器人的行走控制算法和策略，提高双足机器人的稳定性、灵活性和交互性。

四足步行机构的步行运动仿真

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四足步行机构的步行运动仿真
朱维金
（沈阳新松机器人自动化股份有限公司
辽宁沈阳
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摘要：四足步行机构是近年来研究的一个比较活跃的领域。四足步行机构在家庭娱乐仿生学，健身器材等方面有很大的应用前景。文章建立分析三维模型，通过仿真软件模拟四足步行机构在重力场环境下足端与地面接触并向前步行，获得四足步行机构
Ｍ０ＳＭ０ｔｉｏｎ埘整个机构进行模拟。机构。霍肯直线机构由尔・霍｝！亍发明，是・种由４条连朴构才能运行。利川ｃｏｓ先用Ｓ０ＩｉｄＷ０ｒｋ对机构进ｆ维造和装配，然后“ Ｊ
文章编号：ｌ６７４ —０９８Ｘ（２０１７）０２（ｂ）一叭Ｉ９ —０２
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双足机器人步行仿真与实验研究

1.2 课题研究的背景和意义
机器人一词最早出现于 1920 年捷克作家 Karel Capek 的剧本《罗萨姆的万能机器人》中，在该剧中，机器人“Robota”这个词的本意是指苦力，是剧作家笔下的一个具有人的外表、特征和功能的机器，是一种人造的劳动力[1]。随着现代科技的发展，机器人技术已经广泛应用于人类生活领域，研制具有人类外观特征、可模拟人类行走和其他动作的仿人机器人一直是人类的梦想之一。机器人是一门综合性很强的科学，有着极其广泛的研究和应用领域。机器人技术是
学位论文作者签名：史耀强
日期：2008 年 3 月 6 日
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上海交通大学硕士学位论文
上海交通大学学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部பைடு நூலகம்或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在＿＿年解密后适用本授权书。本学文论文属于不保密√ （请在以上方框内打“√” ）
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上海交通大学硕士学位论文
摘要
对试验结果进行分析并给出了系统存在的不足和改进意见。
关键词：双足机器人，步态规划，动力学，虚拟样机，联合仿真
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ABSTRACT
Walking Simulation and Experimental Study of Biped Robot
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上海交通大学硕士学位论文
上海交通大学学位论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

基于ADAMS的双足机器人拟人行走动态仿真

ABSTRACT: In the design of biped robot HEUBR - 1, a new structure w ith tandem and parallel connection in lower - limbs is used, and the toe - joint is added to foot. In order to verify the rationality of humanoid structure design and feasibility of the humanoid gait p lanning, the paper set up a simulation model of biped robot HEUBR - 1 using dy2 nam ic software ADAM S. U sing the motion data exported by humanoid gait p lanning, the simulation model of biped ro2 bot HEUBR - 1 walked stably w ith toe - joint in fictitious surrounding. Through humanoid gait simulation, the biped robot kinematic and dynam ical characteristics were obtained. Simulation indicated that: the structure w ith tandem and parallel connection is rational; the method of humanoid gait p lanning is feasible. Humanoid walking w ith toe - joint has follow ing characteristics: balanced motion, lower energy and small impact in foot. Simulated data of steady walk2 ing can be used as reference for further biped robot HEUBR - 1 walking experiment. KEYW O RD S:B iped robot; Humanoid walking; Dynam ic simulation; Toe - joint

四足步行机构的步行运动仿真

步行机构有着广阔的应用前景，目前四足步行机构的研究主要集中在小型轻便和控制等方面。

该文设计的步行机构，重点在单腿步行曲线、足端与地面接触和速度分析上。

原理上步行腿部机构在支持阶段能够保持机身平动前进。

该文通过S ol idWork s建立步行机构的三维模型，并对其进行仿真模拟。

仿真作为一种逼近真实物理情况的设计手段，应用在该设计实践中，得到一种快速验证设计结果的方式和方法。

为了使问题简化，该文对机械结构进行较大简化。

1 机构构型如图1所示，为步行机构简图。

主运动机构为近似直线运动机构。

尽管精确直线机构可以替代滑杆和导槽，但在应用中，有需要一段是直线，另一段是曲线的结构(如图2)。

例如：用脚步行的机械在着地时要沿着直线，返回时抬脚又需要走曲线。

这样的机械机构很难让直线段严格为直线。

但可以做成近似程度非常高的直线。

该文采用的机构为霍肯直线机构。

霍肯直线机构由卡尔·霍肯发明，是一种由4条连杆构成的机械结构。

连杆的末端在半个周期内走直线，另外半个周期走特殊的弧线。

图1中，曲柄长度为基准长度。

其中曲柄与机身连接的轴和摆杆与机身连接的轴，两个轴的距离，为曲柄基准长度2倍。

与机身连接的摆杆长度为曲柄基准长度2.5倍。

与曲柄连接的长杆的长度为曲柄基准长度的5倍，并在中点处与摆杆连接。

实验表明，这种直线机械的误差在其工作范围内小于千分之一。

这是一种非常适用于设计用脚走路的运载工具的机械结构。

相比轮子，用脚走路对地面的要求很低，而且脚的末端可以设置较大面积的垫子以减小对地面的压强，平衡路面的高低不平。

保证四足末端与机身垂直为两个直线运动副，图1中未示详细结构，图2为轨迹图。

2 足端与地面的接触碰撞仿真模拟采用CO SMOS Motion的机构仿真步骤，创建装配体，施加运动副和载荷，设置固定件和运动件，设置仿真参数，仿真运算，输出分析结果，其中施加运动副为机械配合铰链才能运行。

利用CO SMO S Mot ion 对整个机构进行模拟。