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如何实现双足机器人爬楼梯的步态规划与参数优化
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2020-04-07
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对各种行走环境的较强适应能力是双足步行的一个重要性能，这也是双足机器人相对于轮式机器人的优点之一。楼梯是人类生活环境中常见的行走环境，具有爬楼能力是双足机器人应具有的基本功能。本文针对双足机器人爬楼梯时的步态规划问题作了以下几方面研究工作： 首先，回顾了双足机器人的发展历史和研究现状，并对目前主动型双足机器人平地和爬楼梯的步态规划方法分别进行总结，介绍了本文课题来源和主要研究内容。 其次，以人类的身体比例及结构特点为参照，对双足机器人进行了结构设计，其中包括机械结构设计、驱动方式选择和控制器选择等几方面。 再次，针对本文研究的双足机器人模型提出了一种新的爬楼梯步态规划方法。与传统的规划方法不同，该规划方法采用变长倒立摆，分前向和侧向两个平面对双足机器人行走时期的起步、稳步和止步步态进行了规划，并得出了各关节角的步态轨迹。 接着，使用动力学仿真软件ADAMS和计算控制软件MATLAB/Simulink联合搭建了双足机器人虚拟样机仿真系统，并通过仿真系统验证了爬楼梯步态规划的合理性和有效性。 最后，以同时获得较高的稳定性和能量效率为优化目标，使用遗传算法对双足机器人爬楼梯运动的关键参数 T（步行周期）进行了参数选择，得出了比较理想的优化效果。
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