基于3-D步行序列的双足机器人步态规划及实验研究

为了提高双足步行机器人对真实环境的适应能力,提出1种基于3-D步行序列的步态规划方法,模仿人类行走行为并考虑地面高度的变化。首先定义考虑足部踝关节旋转运动和机器人质心(COM)竖直高度变化的3-D步行序列。其次,在单足相阶段(SSP),基于运动最优控制(OC)理论和线性倒立摆模型(LIMP),求解零力矩点轨迹;采用5次多项式插值,生成双足相阶段(DSP)的零力矩点轨迹,并且实现质心竖直高度变化。基于足部的运动参数,使用分段连续3次Hermite插值得到足部运动轨迹。然后,通过牛顿-拉斐逊迭代法求解关节角度解。最后,基于NAO机器人样机进行平地和倾斜地面行走的动力学仿真和样机实验。研究结果表明:本文规划方法可行,且机器人行走平稳;在平面和斜坡2种地面工况的样机实验中,足底接触力的波动幅度比相应的仿真结果分别减少37.01%和59.94%,髋关节力矩波动幅度分别减少69.13%和62.75%。