一种双足步行机器人的步态规划方法

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双足步行机器人的步态规划

稳定步行的基础
运动学和动，学特征。对于动态步行而言，丁曾经有过ｌ２、８、４、、
９ｌ５个自由度的经典机械结构Ｅ考虑到项目的具体运动、２ｌ行为要求：地行走、坡步行．下台阶等等动作．平斜上选用腿部
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双足步行机器人的步态规划
张伟杜继宏
（清华大学自动化系，京１０８）北００４
Ｅｍａｌｚａｇｅ９＠ｍａｌｉｇｕ．ｄ．ｎ — ｉ：ｈｎｗｉ９ｉｔｎ要研究了双足步行机器人的基本步态的建立过程．进行了参数化北理．提出了一种简单可行的步态规划方
器，参考开关和眼制开关。出为到伺服放大器的数字信号．零输用来控制关节的角度值。
２双足步行机器人的本体结构
３数学模型的建立
坐标系系统的建立采用标准Ｄｎｖｅａｉｔ和Ｈｒｎｒ准ａｔｂｇｅｏ则用齐移变换矩阵来描述参照前一连杆的坐标系统来建立采（
下一个连杆的坐标系统：
ｌｏ０ｓｅ０ｓｉ．．ｓＯｉｃ％ｏＯ１ｃｌ—ｎｃｉｎ．ｃｓ．ｎｓ￣
ｔ
Ａ＝
ｌＯ。－ｅｏｌ：￣。ｃｌｔ＿ｎｓｏｉａｏｉｎｓｎｓｉＴＴ
ｐｏｏｅ，ｉｈｅｅａｅＢｓｃｒｐｓｄｗｈｃｇｎｒｔｓａｉＧａｓｆｈｌｇｅｒｂｔｓｎｉｏｔｅｅｇｄｏｏｕｉｇｔｓｅｉｈｅｐｏｅｓａｄａａｔｉｓｈｇｉｐｃａｚｄｒｃｓｎｐｒｍｅｒｚｔｅａｔｅ

双足机器人步行规划与控制方法研究的开题报告

双足机器人步行规划与控制方法研究的开题报告一、选题背景和意义：双足机器人是一种模拟人类步态的机器人，具有广阔的应用前景和研究意义。

随着机器人技术的不断发展，双足机器人在工业生产、服务机器人、救援机器人等领域有着广泛的应用。

然而，双足机器人的步行规划与控制是机器人技术中的难点和热点问题之一。

二、研究内容和目标：本研究将研究双足机器人的步行规划与控制方法，主要包括以下内容：1. 基础理论研究：分析双足机器人步行的动力学特性和控制原理，建立机器人步行控制系统的数学模型；2. 步态生成研究：研究双足机器人的步态生成算法，设计有效的步态规划方法，确保机器人步行平稳性和稳定性；3. 姿态控制研究：研究姿态控制算法，根据机器人的运动轨迹和姿态变化对机器人进行控制，保证机器人稳定运动；4. 实验验证：通过实验验证，检验所提出的步行规划与控制方法的有效性和可行性。

本研究的目标是设计一种高效、稳定的双足机器人步行控制方法，达到机器人行走平稳性、稳定性和自适应性要求，为双足机器人应用领域提供高效的技术支撑。

三、研究方法和步骤：本研究采用理论分析和实验验证相结合的方法，具体步骤如下：1. 基础理论研究：深入理解双足机器人的动力学特性和控制原理，建立机器人步行控制系统的数学模型；2. 步态生成研究：研究双足机器人的步态生成算法，设计有效的步态规划方法；3. 姿态控制研究：研究姿态控制算法，根据机器人的运动轨迹和姿态变化对机器人进行控制；4. 实验验证：通过实验验证，检验所提出的步行规划与控制方法的有效性和可行性。

四、预期成果：通过本研究，预期可以得到以下成果：1. 可以深入理解双足机器人的动力学特性和控制原理，建立机器人步行控制系统的数学模型；2. 提出一种高效、稳定的步行规划方法，确保机器人步行平稳性和稳定性；3. 提出一种有效的姿态控制算法，保证机器人稳定运动；4. 通过实验验证，检验所提出的步行规划与控制方法的有效性和可行性。

双足机器人平地行走步态规划的研究

1 引言
双足机器人以其优越的越障性和机动性被广泛地应用于各个领域[1]。而双足机器人研究的难点之一就是如何在行走过程中保持自身的稳定，以至于在动态行走过程中不会发生倾覆和跌倒 [2]。精确的步态规划直接决定着双足机器人稳定性和各方面的协调性。文献[3]对机器人的摆动腿踝关节和髋关节进行三次插值获得了轨迹，再以稳定裕度为目标得到最优步行参数；文献[4]将机器人行走质心近似为倒立摆模型，利用质心和摆动腿踝关节的轨迹求出各个关节角的轨迹；文献[5]在传统的三次样条插值方法基础上利用鱼群算法对髋关节中心到支撑腿踝坐标中心的距离值优化，以获得稳定裕度大的步态。
摘要：为了研究双足机器人平地行走过程中的步态规划问题，在二维倒立摆模型的基础上提出了周期、起步和止步三步规划法，并利用速度和位移约束实现了三个步行阶段的平稳过渡，利用倒立摆简化模型和五次样条多项式插值方法得到各个阶段质心和摆动腿踝关节的轨迹，再根据腿部关节转角简化模型利用几何法求得双足机器人的 10 个关节角运动轨迹；最后通过 ZMP 方程检验并在 Matlab 软件中仿真，验证步态规划的合理性并为机器人后续虚拟样机研制和仿真提供理论依据。关键词：双足机器人；平地行走；倒立摆；步态规划中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：员园园员-3997（圆园19）04-0230-05
2 双足机器人的设计
双足机器人的模型尺寸设计是步态规划的基础，合理的双足机器人机构设计直接关系到后续的步态规划的复杂程度和稳
来稿日期：2018-10-27 作者简介：徐历洪，（1991-），男，湖北武汉人，硕士研究生，主要研究方向：双足机器人步态规划；
邹光明，（1970-），男，湖北仙桃人，博士研究生，教授，主要研究方向：机器人、计算机辅助工程、概念设计

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
双足仿生机器人行走机构设计一般包括以下几个关键部分：
1. 足底结构：足底结构是机器人与地面接触的部分，需要具备良好的稳定性和抓地力。

一般采用橡胶材料制作，设计有凹凸纹路或者类似动物脚掌的结构，以增加摩擦力和抓地力。

2. 关节设计：双足仿生机器人的每个腿部都需要多个关节来实现自由运动。

关节设计需要考虑到机器人的稳定性和灵活性，一般采用电机驱动的旋转关节或者液压/气动驱动的线性关节。

3. 动力系统：机器人行走需要动力系统提供能量。

一般采用电池或者电源供电，驱动关节的电机需要具备足够的扭矩和速度来实现机器人的行走。

4. 传感器：为了实现机器人的平衡和姿态控制，需要配备各种传感器。

例如，陀螺仪和加速度计可以用来检测机器人的倾斜角度，力传感器可以用来感知地面反作用力，视觉传感器可以用来感知周围环境。

5. 控制系统：双足仿生机器人的行走需要一个高效的控制系统。

控制系统可以根据传感器的反馈信息，实时调整关节的运动，以保持机器人的平衡和稳定。

总体来说，双足仿生机器人行走机构设计需要考虑到稳定性、灵活性、能量效率和控制系统的要求。

具体的设计方案需要根据机器人的应用场景和需求来确定。

双足竞步机器人的步态规划

双足竞步机器人的步态规划翟胜杭;姜豪;祝铠甲;张鹏;刘利;史颖刚;胡国田【期刊名称】《机械研究与应用》【年(卷),期】2017(030)001【摘要】以双足竞步机器人为研究对象,提出了一种可以对机器人进行快速调试的方法.该方法先建立机器人的数学模型和运动学方程,求出机器人正运动学的解,并进行步态规划,计算出机器人行走或其他动作过程中各关节摆动的角度,再进行上机调试.测试结果表明,在该方法所得结果的基础上,进行一定的调节,就能够让机器人完成预期动作.这种离线规划、在线微调的快速调试方法,能够有效提高同类型机器人的调试效率.【总页数】5页(P10-14)【作者】翟胜杭;姜豪;祝铠甲;张鹏;刘利;史颖刚;胡国田【作者单位】西北农林科技大学机械与电子工程学院,陕西杨凌 712100;西北农林科技大学机械与电子工程学院,陕西杨凌 712100;西北农林科技大学机械与电子工程学院,陕西杨凌 712100;西北农林科技大学机械与电子工程学院,陕西杨凌712100;西北农林科技大学机械与电子工程学院,陕西杨凌 712100;西北农林科技大学机械与电子工程学院,陕西杨凌 712100;西北农林科技大学机械与电子工程学院,陕西杨凌 712100【正文语种】中文【中图分类】TP242.6【相关文献】1.双足竞步机器人控制系统设计与实现 [J], 李佳怡2.基于单片机的双足竞步机器人控制系统设计 [J], 曾凡菊3.基于Autocad和Pro-E的双足竞步机器人结构设计及轨迹跟踪研究 [J], 李素云4.双足竞步机器人控制系统设计与实现 [J], 李佳怡5.NMPC实时步态规划双足机器人步态轨迹周期稳定性分析 [J], 朱志斌;王岩;陈兴林因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

双足机器人动态步态规划

ｍｅｔｈｏｄｉｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅａｎｋｌｅｊｏｉｎｔｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｐｌａｎｎｉｎｇ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｋｎｏｗｎｈｉｐｍｏｔｉｏｎｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ，ｔｈｅｇｅｏｍｅｔｒｉｃｃｏｎ－ｓｔｒａｉｎｔｍｅｔｈｏｄｉｓｕｓｅｄｔｏｇｅｔｔｈｅｋｎｅｅｍｏｔｉｏｎｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ．Ｗｈｏｌｅｇａｉｔｃｙｃｌｅｗｉｔｈｉｎｔｈｅｊｏｉｎｔｍｏｖｅｍｅｎｔｉｓｇｏｔ．Ｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｓ
第二炮兵工程大学，西安７１００２５
ＴｈｅＳｅｃｏｎｄＡｒｔｉｌｌｅｒｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ ’ ａｎ７１００２５，Ｃｈｉｎａ
ＣＨＥＮＬｅｉ，ＺＨＡＮＧＧｕｏｌｉａｎｇ，ＺＨＡＮＧＷｅｉｐｉｎｇ，ｅｔａ１．ＤｙｎａｍｉｃｇａｉｔｐｌａｎｎｉｎｇｏｆｒｏｂｏｔＮＡＯ．ＣｏｍｐｕｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
ＣｏｍｐｕｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ计算机工程与应用

一种基于CPG的两足机器人步态生成方法

一种基于CPG的两足机器人步态生成方法
李福东;李金良;于岩;樊炳辉
【期刊名称】《山东科技大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2011(030)003
【摘要】提出一种基于中枢模式发生器(central pattern generator,CPG)的双足机器人步态生成方法.应用Matsuoka振荡器设计了CPG控制器,其输出控制踝关节角度,膝关节和髋关节角度通过轨迹规划得到.通过将CPG输出与"引导曲线"叠加,实现了机器人的连续稳定行走.该方法避免了CPG繁杂的参数优化过程,是CPG应用的一大进步.MATLAB仿真结果证明了所提方法的可行性.
【总页数】6页(P95-100)
【作者】李福东;李金良;于岩;樊炳辉
【作者单位】山东科技大学,机械电子工程学院,山东青岛266510;山东科技大学,机械电子工程学院,山东青岛266510;山东科技大学,机械电子工程学院,山东青岛266510;山东科技大学,机械电子工程学院,山东青岛266510
【正文语种】中文
【中图分类】TP242
【相关文献】
1.三种基于对角小跑步态的四足机器人转弯运动生成方法比较 [J], 洪真;李彬;辛亚先;张慧
2.三种基于对角小跑步态的四足机器人转弯运动生成方法比较 [J], 洪真;李彬;辛亚
先;张慧;
3.一种用于多足步行机器人步态控制的CPG模型 [J], 袁鹏
4.基于CPG的仿蟹机器人复杂地形步态生成方法 [J], 王刚;韩金华;韩世凯;陈曦;叶秀芬
5.基于CPG的六足机器人运动步态控制方法 [J], 林知微;林翰文;刘宗朋
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一种双足步行机器人的步态规划方法

前景。行机器人最大的特征是步行，步步
前向运动模型如下图一：
态是在步行运动过程中，行体的身体步各部位在时序和空间上的一种协调关系
，
步态规划是双足步行机器人研究中的
个关键技术实现和提高机器人的要
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２０年第３０２期
《器人技术与应Ｉ》机Ｉ１
一
种双足步行机器人的步态规划方法
］胡洪志马宏绪
国防科技大学机电工程与自动化学院
【摘
要］本文介绍了一种双足步行机器人的步态规划方法，以前向运动为例细介绍了先分阶段规划然后合成的方法详并步态规划减振
走的基本姿态，划各关节的运动，规将各关节的转角信息写入数据文件，走时小板机将数据文件中的数行
据写入双口ＲＭ，Ｓ＾ｌＤＰ控制器从双口Ｉ￣读出规划ＬＭ＿
可近似算得侧扭角度：日＝ｏａ（／）．９ｔ１ａｂ＝５３￣Ｉ
ｐｒｎｎｉｕａｉｎｒｓｌｖｒｅｈａｉａｉｆｅｍｅｈｄｅｍｅｔｉａｓｍｌｏｕｔｅｆｄｔｅｖｌｔｎｏｔｔｅｉｉｄｏｈｔｏ
【ｅｗｒｓｂｐｄｏｏ；ａｌｎｔ；ｂａｏｅｒｓＫｙｏｄｌｉｂｔｉｐｎｉｇｖｒｌｎｃｅｅｅｒｇｔａｔｉｔｄａ
为了使关节的转动角度平滑改变，用正弦曲线来

3D双足机器人的动态步行及其控制方法

宽等参数的规划。
轨迹生成
基于步态规划结果，将步态序列转化为关节角度、速度等控制信号，生成机器人行走的轨迹。
轨迹跟踪与控制
通过反馈控制算法，实时调整机器人各关节的运动轨迹，实现精确的轨迹跟踪与控制。
03 3D双足机器人动态步行的控制方法
基于模型的控制方法
建立动态模型Βιβλιοθήκη 利用机械动力学、运动学等理论，建立3D双足机器人的动态模型，包括身体各部分的运动方程、力和运动的关系等。
02
通过对机器人动力学和运动学特性的深入研究，实现了对机器人步行的精确控制。
03
引入了先进的控制算法和优化策略，提高了机器人的稳定性和适应性。
研究不足与展望
当前的研究仍存在一些不足之处，例如机器人在复杂地形和环境中的适应能力还有待提高。
对机器人步行的动力学和运动学特性的理解还不够深入，需要进一步的研究和探索。
控制器设计
基于动态模型，设计合适的控制器，通过调节机器人的姿态、步长、步频等参数，实现稳定的动态步行。
参数调整
根据实际需要，对控制器参数进行调整，以达到最优的步行性能。
基于学习的控制方法
样本数据采集
通过实际实验或模拟，采集3D双足机器人在不同环境、任务下的样本数据，包括姿态、速度、加速度等。
深度学习算法
步行周期与相位
步行周期
步行周期是指机器人完成一个完整步态循环所需的时间，通常由支撑相（单足支撑）和摆动相（双足支撑）组成。
相位控制
相位控制是指控制机器人各关节在行走过程中的运动时序和幅度，实现稳定行走和姿态调整。
步态规划与轨迹生成
步态规划
根据机器人动力学模型和运动学约束，设计稳定、高效的步态序列，包括步长、步高、步

双足机器人参数设计及步态控制算法

制算法的改进方向，为未来的研究提供参考。
05
结论与展望
研究工作总结
01
参数设计优化
通过深入研究双足机器人的动力学特性和运动学要求，我们成功优化了
机器人的各项参数，包括惯性参数、连杆长度、关节角度范围等，从而
提升了机器人的稳定性和运动效率。
02
步态控制算法开发
我们开发了一种基于深度强化学习的步态控制算法，该算法能够根据不
VS
控制硬件
双足机器人的控制系统硬件需要具备足够的计算能力和实时性能，以支持复杂的步态控制算法和传感器数据处理。选择高性能的处理器和专用的运动控制芯片，可以确保机器人对行走指令的快速响应和精确执行。
动力系统设计参数
要点一
能源供应
双足机器人的动力系统需要为其提供足够的能源供应，以确保持续稳定的行走能力。选择合适的电池类型和容量，以满足机器人的能量需求，并在必要时进行能源管理和优化，以延长机器人的行走时间。
步态稳定性与优化
步态稳定性分析
通过建立机器人的稳定性判据，分析不同步态下的稳定性，为步态控制算法提供理论指导。
最优控制
以能量消耗、行走速度等为目标函数，通过优化算法求解最优步态控制策略，实现机器人的高效行走。
仿生学优化
借鉴生物行走的步态特征，对机器人的步态进行优化，提高机器人在复杂环境中的行走性能。
意义
双足机器人具有人类类似的行走能力，能够在复杂地形中进行灵活移动，这对于救援、探索等任务具有重要意义。同时，研究双足机器人也有助于我们更深入地理解人类行走的机理。
双足机器人的应用领域
01
02
03
04
救援领域
在灾难救援场景中，双足机器人能够跨越障碍，进入危险区

双足机器人步态规划及其应用研究

本文以髋关节的X方向轨迹为函数变量对其余各关节轨迹进行相应表述,并根据ZMP的稳定性约束条件、行走过程中的速度约束条件采用粒子群(Particle Swarm Optimization,PSO)算法对相关参数进行了优化。根据优化前后的ZMP数据对比,发现其稳定裕提高了,步行稳定性增强了,充分证明了该优化方法的有效性。
因此,研究双足机器人的步态规划和应用具有重要的现实意义。双足机器人的运动学研究,即各关节角变量与其各运动连杆之间的联系,主要包含基础,在此基础之上,通过机器人的逆运动学实例推导出各关节的求解过程,并介绍了双足机器人步行稳定性的中常用的判定依据,即零力矩点(Zero Moment Point,ZMP)。不论是单脚支撑阶段还是双脚支撑阶段只有当ZMP落在支撑脚的稳定区域,双足机器人才不会发生翻倒情况。
另一方面根据前文介绍的三维线性倒立摆步态规划和PSO优化算法并结合DARwin-OP2的相关参数实现了DARwin-OP2机器人的稳定步行,充分证明了三维线性倒立摆步态规划的可行性。
双足机器人步态规划及其应用研究
双足机器人具有很好的机动性与环境适应能力。然而,双足机器人的步行系统是一个内在的不稳定系统,该步行系统动力学特性非常复杂,包含多个变量,存在强耦合、非线性和变结构等特点, 也因此一直是机器人领域研究的热点和难点之一。
又由于双足机器人的研究涉及到机械力学、自动化学、计算机学、电子信息学、人工智能、材料学等众多领域。所以,双足机器人的整体研究水平不仅反映了一个国家自动化与智能化的发展状况,而且还代表着一个国家的综合科技实力。
双足机器人的步态规划研究,即通过特定的方法得出机器人各关节角度轨迹随着时间变化而呈现规律性。本文采用三维线性倒立摆的方法从前向和侧向两个维度规划处其质心的运动轨迹,再利用质心与各关节运动约束条件从而求得各个关节的角度,进而实现双足机器人的步态规划。

采用DDPG的双足机器人自学习步态规划方法

步态规划是机器人控制领域的研究热点和重要的研究内容。

双足机器人结构复杂，其行走过程是由连续的摆腿和离散的碰撞组成，具有众多自由度，难以通过传统控制理论方法建立动力学模型[1]。

即便勉强采用此类方法，也会导致双足机器人运动过程消耗大，行走速度低，环境适应性差。

实际上相比精准的步态，功能性和抗干扰性更为重要，也能使双足机器人能面对不同环境的需求。

随着信息技术的发展，以强化学习为代表的智能算法以其自适应特性越来越多运用于机器人控制领域[2-3]，但过去强化学习在机器人控制领域的实践都局限于低维的状态空间和动作空间，且一般是离散的情境下。

然而现实世界的复杂任务通常有着高维的状态空间和连续的动作空间。

2013年，DeepMind团队提出了结合深度神经网络和强化学习的DQN算法[4]，解决了高维输入问题。

但DQN仍是一个面向离散控制的算法，对连续动作处理能力不足。

在机器人的实际控制中，每个关节的角度输出是连续值，若把每个关节角取值范围离散化，则行为的数量随自由度的数量呈指数增长。

若进一步提升这个精度，取值的数量将成倍增长。

采用DDPG的双足机器人自学习步态规划方法周友行，赵晗妘，刘汉江，李昱泽，肖雨琴湘潭大学机械工程学院，湖南湘潭411105摘要：为解决多自由度双足机器人步行控制中高维非线性规划难题，挖掘不确定环境下双足机器人自主运动潜力，提出了一种改进的基于深度确定性策略梯度算法（DDPG）的双足机器人步态规划方案。

把双足机器人多关节自由度控制问题转化为非线性函数的多目标优化求解问题，采用DDPG算法来求解。

为解决全局逼近网络求解过程收敛慢的问题，采用径向基（RBF）神经网络进行非线性函数值的计算，并采用梯度下降算法更新神经网络权值，采用SumTree来筛选优质样本。

通过ROS、Gazebo、Tensorflow的联合仿真平台对双足机器人进行了模拟学习训练。

经数据仿真验证，改进后的DDPG算法平均达到最大累积奖励的时间提前了45.7%，成功率也提升了8.9%，且经训练后的关节姿态角度具有更好的平滑度。

一种双足机器人的步态规划研究

，
（）７
逆运动学建模就是给定机器人的上体和摆动腿末端的位置，求解机器人的姿态，是机器人
控制系统中必不可少的一部分。由于机器人逆运动学规划涉及解的存在性和唯一性，相对比儿
ｃａｔｎ
（）８
（）和的求解：和的几何约束２
第３卷Ｏ
２１年００
第４期
４月
核电子学与探测技术
ＮｕｌｒｌｃｒｎｃｃｅｅｔｏｉａＥｓ＆ＤｅｅｔｎＴｃｎｌｇｔｃｉｅｈｏｏｙｏ
Ｖｏ．０Ｎｏ４Ｉ３．
Ａｐ．２１ｒ００
一
种双足机器人的步态规划研究
５４２
正，左边为负，可以得到：
Ｘ一
一
）。各个关节角度的求解方式如下：
（）和的求解：和的几何约束１，
（）１
＋ＬｌｉＯ＋ＬｚｉＯｎ１ｓｓｎ２
Ｌｉ一Ｌ５ｉ０４ｎｓｓｎｓ
为：
—
＝
ｙ＋Ｌ１ｉ＋Ｌｓ６ｎｓ２ｉｎ
一
较复杂。针对５连杆双足的结构，逆运动学规
…
划就是给定摆动腿踝关节和髋关节在固定坐标
系中的运动轨迹，反求出机器人各个关节的运动情况。由５连杆双足模型可知，确定了摆在
动腿踩关节和髓关节的轨迹后，根据机器人的几何约束，以求得各个连杆和竖直轴的夹角可（一１５有两组解，～）就可以得到唯一解。假设支撑腿的跺关节的坐标为０（，），０Ｏ点髋关节为Ｈ（，＾，动关节坐标为Ｅ（，Ｘ＾ｙ）摆

《双足机器人步态规划与控制研究》范文

《双足机器人步态规划与控制研究》篇一一、引言随着科技的不断进步，双足机器人已经成为现代机器人技术研究的热点之一。

双足机器人以其类似人类的行走方式，具有更高的灵活性和适应性，在服务、救援、军事等领域具有广泛的应用前景。

然而，要实现双足机器人的稳定行走，需要进行步态规划和控制研究。

本文旨在探讨双足机器人步态规划与控制的相关问题，以期为双足机器人的研究与应用提供一定的理论依据和技术支持。

二、双足机器人步态规划步态规划是双足机器人行走的基础，它决定了机器人的行走方式、速度和稳定性。

目前，常见的步态规划方法包括基于规则的方法、基于优化的方法和基于学习的方法。

1. 基于规则的步态规划基于规则的步态规划是根据预先设定的规则和逻辑，使机器人按照一定的步态行走。

这种方法简单易行，但需要针对不同的环境和任务进行规则调整，具有一定的局限性。

针对双足机器人的步态规划，需要考虑到机器人的身体结构、关节运动范围、地面情况等因素，制定出合适的步态规划规则。

2. 基于优化的步态规划基于优化的步态规划是通过建立数学模型，利用优化算法求解最优的步态。

这种方法可以根据机器人的任务和环境变化，自动调整步态参数，具有更好的适应性和灵活性。

常见的优化算法包括遗传算法、粒子群算法、动态规划等。

3. 基于学习的步态规划基于学习的步态规划是通过学习人类或其他生物的行走方式，使机器人模仿或自主学习步态。

这种方法需要大量的学习数据和计算资源，但可以使机器人具有更高的智能和灵活性。

常用的学习方法包括深度学习、强化学习等。

三、双足机器人控制研究双足机器人的控制是实现稳定行走的关键。

目前，常见的控制方法包括基于模型的控制、基于学习的控制和混合控制。

1. 基于模型的控制基于模型的控制是根据机器人的运动学和动力学模型，利用控制器对机器人进行控制。

这种方法需要建立准确的模型，并针对不同的任务和环境进行调整。

常见的控制器包括PID控制器、模糊控制器、神经网络控制器等。

机器人双足步态控制方法的研究与实现

机器人双足步态控制方法的研究与实现第一章绪论在过去几年中，机器人技术得到了长足的发展，已经越来越多地应用于制造业、医疗、军事、物流等领域。

与此同时，双足机器人也在逐渐增加相关应用领域。

随着科技的发展，双足机器人已经成为人类研究和开发的核心领域之一。

在人机交互方面，双足机器人可以更好地模仿人类步态，同样双足机器人也可以在危险的环境中或已经不适用于人类的环境中工作，如铁路维护、搜救行动和灾难应对等。

在双足机器人应用领域中，步态控制是一个非常重要的研究方向。

如何建立双足机器人的步态并对其控制，就是该领域的重要研究内容之一，是该领域研究的重点。

本文旨在对双足机器人步态控制方法的研究和实现进行分析和探讨。

第二章双足机器人步态控制的相关研究现状步态控制是双足机器人研究领域的重点，其研究现状主要包括以下方面：2.1 基本控制方法双足机器人的步态控制主要有两种基本方法：一种是基于动力学模型的控制方法，一种是基于模糊理论的控制方法。

基于动力学模型的控制方法，可以通过建立系统的动力学模型、控制器模型和仿真系统模型来实现。

基于模糊理论的控制方法，其主要特点是可以提高系统的自适应性和鲁棒性，从而提高系统的运动稳定性。

这种方法主要应用于模糊控制算法中，可以较好地解决系统中的死区和不确定性问题。

2.2 步态规划方法双足机器人的步态规划方法主要有基于参数曲线、基于较多来源等多种方法。

基于参数曲线的步态规划方法可以将双足机器人的运动轨迹细分为不同的部分并进行分析，从而得到实现步态控制的参数和条件。

基于多方面来源的步态规划方法则可以充分利用不同信息来源，如IMU、视觉甚至声音等，从而达到更为精确的运动控制效果。

2.3 双足机器人的步态仿真和实验研究在步态仿真和实验研究中，通常使用一些经典的运动过程和PID控制，通过建立双足机器人的运动模型，使用MATLAB、Simulink等工具进行建模和仿真，实现对双足机器人的控制和仿真操作。

双足步行机器人步态规划

步态规划的重要性
步态规划是双足步行机器人行走的关键技术之一，合理的步态规划可以使机器人更加稳定、高效地行走。
研究意义
通过对双足步行机器人步态规划的研究，可以推动机器人技术的发展，为机器人应用现状
国外研究现状
国外在双足步行机器人的研究方面已经取得了一定的成果，如波士顿动力公司的Atlas机器人、本田公司的 ASIMO机器人等。这些机器人在步态规划方面采用了多种方法，如基于运动学的方法、基于动力学的方法等。
特点
双足步行机器人具有稳定性好、适应性强、灵活性高等特点，能够在复杂环境中自主行走或携带物品。
双足步行机器人发展历程
初期阶段
早期的双足步行机器人主要采用简单的机械结构和控制算法，行走速度较慢，稳定性较差。
成熟阶段
现代的双足步行机器人已经具备了较高的自主行走能力和适应性，能够适应各种复杂环境。
科研领域
双足步行机器人可以作为研究人类行走机制和仿生机器人的重要工具，促进相关领域的发展。
03
步态规划基本原理
步态定义与分类
步态定义
步态是指机器人行走时，每一步的姿态、速度和加速度等运动参数。
步态分类
根据机器人行走时支撑腿的数量，可分为单足步态、双足步态和多足步态。
步态规划目标与约束条件
结果比较
将实验结果与理论分析结果进行比较，评估步态生成算法的
性能和优劣。
06
基于混合模型的步态规划方法
混合模型建立与描述
混合模型定义
混合模型是由一系列连续和离散动态模型构成的模型，用于描述复杂系统的行为。
双足步行机器人混合模型
针对双足步行机器人的特点，建立由连续动态模型和离散动态模型组成的混合模型。

双足机器人设计及步态规划研究

收稿日期：２０１２－１１－１２基金项目：国家自然科学基金（５０９７５２０４）；天津科技大学实验室开放基金（１１０１Ａ２０２）作者简介：王新亭（１９７８一），男，山东武城人，讲师，硕士，研究方向为人机工程学、计算机辅助工业。
【５Ｏ】第３５卷
第２期
２０１３ — ０２（上）
务ｌ注訇似
建模，本文主要讨论前向运动的步态规划问题。双足机器人的一个完整的行走周期可分为双腿支撑阶段和单腿支撑相阶段。在双腿支撑阶膝关节运动角度保持不变，髋关节从初始位置开始向前摆动到终止位置，运动到图４（Ｃ）所示位
务ｌ匐似
双足机器人设计及步态规划研究
Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｄｅｓｉｇｎａｎｄｇａｉｔｐｌａｎｎｉｎｇｏｆｂｉｐｅｄｒｏｂｏｔ
王新亭。，张峻霞‘ ，尹立苹
ＷＡＮＧＸｉｎ．ｔｉｎｇ。．ＺＨＡＮＧＪｕｎ．ｘｉａ。，ＹｌＮＬｉ－ｐｉｎｇ
Ｄｏｉ：１０．３９６９／Ｊ．ｉｓｓｎ．１００９－０１３４．２０１３．Ｏ２（Ｅ）．１４
０引言
双足机器人采用单、双足交替支撑的运动方
式，拥有较好的灵活性及地面环境适应能力，具
代表性的先进智能机器人，其技术是当今机器人研究领域中的一个重要分支ｕ。

双足行走机器人步态轨迹规划

第1期
周云松等 : 双足行走机器人步态轨迹规划
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综合 FOOT 在 x , z 方向上的行走轨迹, 就可以得到 F OOT 在第 K 步的行走轨迹参数方程 F OOT ( x f , z f) = ( x f ( t ) , z f( t ) ) , K T c < t < ( K + 1) T c . 2. 2 HIP 的轨迹 ( 7) 计算 H IP 的轨迹同样地采用三次多项式插值方法进行计算得出 , 从图 4 中可以得到
L absin q f + L an cos q f t = K T c + T c. 设轨迹方程为 z f( t ) = b 0 + b 1 ( t - K T c) + b 2 ( t - K T c) 2 + b 3 ( t - K T c ) 3 , 把 ( 4) 代入 z f ( t ) 就可以得到下列关于 b 0 , b 1 , b 2 , b 3 的方程组 1 0 0 0 b0 L an 1 1 1 Td Tm T
程组中的常数项, 得到的行列式的值, 计算最后可得到 FOOT 在 x 方向上的轨迹方程 x f ( t ) = a 0 + a 1 ( t - K T c) + a 2 ( t - K T c) 2 +
图5 行走的参数
a 3 ( t - K T c) 3 .
( 3)
Fig. 5 T he w alking parameters
c
T2 d T
2 m 2
T T T
3 d 3 m 3 c
b1 b2 b3 =
L afsin q b + L an cos q b H ao L an sin q f + L an cos q f ,

两足式自走机器人实验报告

两足式自走机器人实验报告本实验旨在设计和制作一种能够实现自主行走的两足式机器人，并通过实验验证其稳定性和行走能力。

通过该实验，能够加深对机器人结构和运动控制的理解，同时探索机器人在不同环境下的适应能力。

实验原理：两足式机器人是一种模仿人类步行的机器人，其设计灵感来源于人类运动生理学和动物运动机制。

在机器人的机械结构上，通常采用两条类似于人的双腿，脚部配有足底传感器以获取地面信息。

控制系统利用回馈控制和动态平衡算法，实现机器人的稳定行走。

实验步骤和结果：1. 设计和制作机器人的机械结构：根据机器人的预期功能和要求，设计机器人的双腿结构，选择合适的材料进行制作。

通过螺旋电机和关节连接完成机械结构的组装。

2. 完成机器人的电子设计和控制系统的搭建：设计机器人的电子线路，包括传感器、执行机构和控制芯片等。

设置动态平衡算法和运动控制程序，并进行算法调试和优化。

3. 进行机器人的行走实验：将机器人放置在光滑的地面上，通过控制程序操控机器人进行行走。

观察机器人步态和姿态的稳定性，记录机器人的行走速度和穿越障碍物的能力。

通过实验，我们得到了以下结果：1. 机器人能够实现基本的稳定行走：机器人能够通过动态平衡算法保持两腿的平衡，保证机器人不倒下。

虽然在初期的测试中机器人有时会出现摇晃和摆动的情况，但经过算法的调优和参数的优化，机器人能够保持更好的稳定性。

2. 机器人的行走速度较慢：由于机器人使用的是电机驱动的关节，其速度受到电机的转速限制。

因此，机器人的行走速度相对较慢，需要进一步优化驱动系统以提高机器人的运动速度。

3. 机器人的障碍物穿越能力有待提高：在穿越障碍物的实验中，机器人会遇到平衡和稳定性的挑战。

当障碍物高度较高时，机器人容易失去平衡而倒下。

因此，需要改善机器人的感知和控制系统，提高其在复杂环境中的适应能力。

实验总结：通过本实验，我们成功设计和制作了一种两足式自走机器人，并验证了其行走能力和稳定性。

实验结果表明，机器人能够实现基本的稳定行走，但其行走速度和穿越障碍物的能力还有待提高。