具有大质量躯干的双足机器人弹簧—阻尼行走策略研究

论文摘要

近些年来，仿人机器人的研究较为活跃，并且在一些场合得到实际应用。在这其中，双足步行技术是不可或缺的。对双足行走的深入研究不仅可以提高仿人机器人的性能，而且也可以帮助有行走障碍的人改进假肢设计和康复治疗。本田公司的研究人员取得了很多关于主动行走的研究成果，然而许多关于被动行走方法的问题仍然有待研究。其中一个十分困难的挑战就是基于被动行走原理的带有大质量上身的双足机器人行走问题：在髋关节存在加速度的情况下维持本质不稳定的上身倒立摆竖直，并且能够在躯干保持和行走镇定中实现平衡。本研究通过扩展原有神经中枢模式发生器（CPG)领域的工作，提出了一种双足机器人行走控制方法。该方法利用了行走的被动特性，并且只是在需要的时候在髋关节处辅助以一个间歇式的震荡力矩控制器。然而，在存在大质量躯干的情况下，双足机器人在只有CPG和简单的反馈控制作用下不能实现稳定行走。我们分析机器人摔倒的本质原因，并提出一种方法来解决这个问题。所提出的方法是用被动弹簧连接摆动腿和躯干。再加上，用可变的阻尼连接支撑腿和躯干。仿真结果表明，该控制器对带大质量躯干的双足行走机器人的行走具有相对良好的效果。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 1. Introduction
• 1.1 Background
• 1.2 Humanoid Robot
• 1.3 Purpose of Research
• 1.4 Outline of This Thesis
• 2. Related Researches
• 2.1 Mechanical System by Martijin et al
• 2.2 Control Method by Fuminori et al
• 2.3 Control Method by Hobbelen et al
• 2.4 Control Method by T. Fen et al
• 2.5 Diiffculty points
• 3. System Introduction
• 3.1 Model
• 3.2 Dynamics
• 3.2.1 Motion equation for phase 1 （Four links）
• 3.2.2 Motion equation for phase 2 （Three links）
• 3.2.3 Impact model
• 3.3 Simulation Environment
• 4. Walking Strategy
• 4.1 Reason of Falling down
• 4.1.1 Reason of Falling Fore wards
• 4.1.2 Reason of Falling Backwards
• 4.2 Strategy for biped walking with a torso
• 5. Control Design
• 5.1 CPG Basic Controller
• 5.2 Feedback Controller
• 5.3 Spring Controller
• 5.4 Damper Controller
• 6. Result and Analysis
• 6.1 Performance of CPG and Feedback
• 6.2 Performance of Spirng Controller
• 6.3 Performance of Damper Controller
• 7. Conclusion and Future Development
• 7.1 Conclusions
• 7.2 Future Work
• References
• Acknowledgements
• Aiitendx A Thsaer has suplementary downloadable maerial.
• Appendix B Motion Equation
• Appendix C Simulink block initial structures
• Resume
• Presented Paper