摘要
双足机器人的构想基于人类自身产生，发展至今已成为集电子、机械、计算机、传感器、人工智能及自动控制等多项技术的综合产物，是衡量一个国家综合科技水平的重要标志。在人类的所有行为之中，双足机器人应具备最大的特征行为之一是步行功能。双足机器人的机构参考人体设计，具有强耦合性、多自由度等特性，属于一种十分复杂的非线性系统。因此，关于步行运动的控制问题是当今双足机器人研究领域中的一大学术热点和难点。本课题研究以此为背景，针对现有步行控制方法中，存在步态动力学模型理想化，步态规划方法复杂、人为指定参数过多、计算量大等问题展开工作。 研究以实现双足机器人自然、稳定的拟人化步行运动为目标，提出基于Kinect的双足机器人步行控制系统，主要包含以下内容：(1)基于最小二乘拟合方法对Kinect设备捕捉的人体运动数据进行拟合，建立人体各关节局部坐标系；根据齐次坐标变换原理，搭建人体运动学模型，进行人体姿态解算。(2)在步态规划方面，确立人体与双足机器人的关节映射关系，结合解算的人体关节信息，生成机器人关节转角轨迹；基于D-H方法将人体与机器人进行运动学模型匹配，建立机器人模型。(3)在步态控制方面，首先，通过分析机器人的动力学特性，推导 ZMP表达式，将机器人简化为单质点模型，用于算法的目标函数中 ZMP的计算；然后，基于 FSR传感器构建步行稳定区域，应用角度和的方法分析机器人运动状态；最后，基于ZMP稳定性准则，应用梯度下降算法搜索优化机器人的脚踝关节转角，控制双足机器人步态。(4)根据ZMP位置情况，分析机器人步行运动的稳定性；提出使用安全系数评价机器人行走的稳定程度。(5)基于双足机器人步行控制系统，应用Webots模拟器，进行Nao机器人的步行仿真实验。
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