[发明专利]基于ZMP稳定性理论的多足机器人的步态优化应用

说明书

基于ZMP稳定性理论的多足机器人的步态优化应用，它涉及多足机器人领域。多足机器人包含主体、机械足，主体左右两侧分别连接三条机械足，机械足由根关节、髋关节、膝关节构成，根关节固定连接在主体根部，且每个根关节、髋关节、膝关节均由独立电机驱动。采用上述技术方案后，本发明的有益效果为：解决了不能同时兼顾摆动腿轨迹、机身运动轨迹和步态参数的机器人步态优化问题。

技术领域

本发明涉及多足机器人领域，具体涉及基于ZMP稳定性理论的多足机器人的步态优化应用。

背景技术

步行机器人是模仿动物的运动形式、采用腿式结构来完成多种移动功能的一类特种机器人。参照工业机器人的标准定义，可以把步行机器人理解为“一种由计算机控制的用足机构推进的地面移动装置”，以区别于行走式机械玩具及固定行走模式的机械装置。通常足数多于或等于四的步行机器人称为多足步行机器人，该类机器人能够在不平的路面上稳定地行走，可以取代轮式车完成在一些复杂环境中的运输作业，因此多足步行机器人在军用运输、矿山开采、水下建筑、核工业、星球探测、农业及森林采伐、教育、艺术及娱乐等行业有着非常广阔的应用前景。长期以来，多足步行机器人因为应用前景良好、使用价值高，一直是国内外研究的热点，而步态优化研究作为研究多足步行机器人的关键技术之一自然也备受关注。多足步行机器人的步态规划是与所应用的机器人步行机构特点及运动特征紧密相连的。本发明的目标为提出一种基于仿生学原理的能耗最优多足机器人综合步态优化研究，以解决以往研究中不能同时兼顾摆动腿轨迹、机身运动轨迹和步态参数的机器人步态优化问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供基于ZMP稳定性理论的多足机器人的步态优化应用，解决了不能同时兼顾摆动腿轨迹、机身运动轨迹和步态参数的机器人步态优化问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案是：基于ZMP稳定性理论的多足机器人的步态优化应用包括以下步骤：步骤一，通过对昆虫腿部结构进行仿生学分析，建立多足机器人的运动原理结构图并进行坐标系的建立；步骤二，根据所建立的数学模型进行关键参数的计算和结构设计，设计完成多足机器人的机械结构；步骤三，利用三维建模软件对所设计结构进行三维建模和优化，对关键零部件进行ANSYS分析，优化材质选择与结构设计，化繁为简，形成最优结构模型；步骤四，建立多足机器人机身运动轨迹规划方案和周期性步态优化方案，利用ADAMS软件进行动力学仿真，验证假设参数并对参数进行优化分析，实现对多足机器人的步态优化；所述多足机器人包含主体1、机械足2，主体1左右两侧分别连接三条机械足2，机械足2由根关节21、髋关节22、膝关节23构成，根关节21固定连接在主体1根部，且每个根关节21、髋关节22、膝关节23均由独立电机驱动。

所述的步骤一中坐标系的建立中x轴方向满足右手坐标系法则。

所述的步骤三中最优结构模型为六足机器人结构。

所述的步骤四中步态优化过程可转换为两个嵌套的子优化问题：a，一种基于AMP稳定性理论的机身运动轨迹规划方法；b，一种基于能耗指标的周期性步态参数优化方法。

所述的步骤四中多足机器人的自由步态规划方法利用局部规则和中枢模式发生器原理。

采用上述技术方案后，本发明有益效果为：解决了不能同时兼顾摆动腿轨迹、机身运动轨迹和步态参数的机器人步态优化问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是昆虫腿部结构示意图；

图2是昆虫足部位置示意图；

图3是本发明多足机器人模型的结构示意图；