第15卷第1期 2017年2月
中国工程机械学报
CHINESE JOURNAL OF CONSTRUCTION MACHINERY
仿人机器人越障步态控制研究杜玉红1-2，李兴1.2,赵地1-2，杨朔1,2，常运1,2
Vol.15 No.1 Feb.2017
（1.天津工业大学机械工程学院，天津300387;2.天津工业大学天津市现代机电装备技术重点实验室，天津300387）
摘要：为了解决仿人机器人在复杂路面的行走间题，提出了一种具有几何约束的机器人越障过程步态规划方法.首先建立其运动学模型，然后分析各个关键阶段机器人的姿态，计算出各关键姿态关节角度的变化，从而规划出机器人越障的整个过程，运用三次样条插值的方法使得各个关键姿态之间各关节运动平滑稳定，并根据规划中的各个运动过程利用MATLAB仿真，获得机器人在越障过程中各个关节的运动轨迹，并通过试验验证，对整个过程中力值以及压力中心进行实时检测，证明在整个越障过程中机器人的压力中心始终落在其双脚支撑区域，从而说明试验方法的正确性
关键词：仿人机器人；步态规划；越障
中图分类号：TP242.6
文献标志码：A
文章编号：16725581(2017)01001005
Gaitcontrolonhumanoidobstacle-crossingrobots
DU Yuhomgl-2,LI Xingl-2,ZHAO Di1-2, YANG Shuo1-2, CHANG Yun1-2
(1. College of Mechanical Engineering, Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300387, China ; 2. Tianjin Key Laboratory of Advanced
Mechatronics Electrical Equipment Technology, Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300387,China)
Abstract: In order to resolve the walking problem of humanoid robot on complex pavement,a gait planning method is proposed for humanoid obstacle-crossing robots with geometric constraints. Firstly,the kinematic model is established. Then, the posture of the robot in key stages is analyzed. Next, the key posture joint angle changes are used to plan the whole process. By applying the three-spline interpolation method,the smoothness and stability of joint motions are attained. According to the motional process planning using MATLAB simulation, the motion track during obstacle-crossing is obtained. Finally,it is proven from experimental results that, when the robot crosses obstacles,the pressure center is focused on
support-side foot. Therefore,the correctness of the proposed method is verified. Key words: humanoid robot; gait planning; obstacle crossing
21世纪以来，人们对仿人机器人具有很高的期望，在仿人机器人的运动领域中，能够实现仿人机器人能像人一样稳定地行走是其技术关键.然而人们对仿人机器人步态的研究一直集中在平地行走上，实际行走路面具有其复杂性，前方遇到障碍物也是一种常见的情况，因此规划出一种稳定有效的越障方案至关重要，是仿人机器人实现复杂路面行走的关键一步，
仿人机器人相对于轮式、履带式等机器人的优
越性也是由于其双足的灵活性，臀如上下楼梯、越障等.对于这些复杂路面的步态规划，多数研究学者采用离线规划与实时调整的方式得到期望的关节轨迹.HUANG等{1)通过对髋关节点在单腿支撑期内的两个参数调整来保持稳定性.KAJITA等(2) 运用桌子-小车模型来分析ZMP与CPG之间的关系以实现对仿人机器人的步行控制.而HELIOT 等[3]通过模拟人类中央神经系统(CNS)的特点，提出了种通过非线性振荡器来实现机器人和外部
基金项目：国家自然科学青年基金项目(51205288)；国家重点基础研究发展计对(973预）资助项目（2010CB334711)；国家级大学生创
新创业训练计划资助项目（201510058053）
作者简介：社玉红（1974），女，副教授，博士.E-mail：13752153077@163.com 万方数据