仿人机器人步态规划的测地线方法研究

项目名称： 仿人机器人步态规划的测地线方法研究

项目编号： No.51275065

项目类型： 面上项目

立项/批准年度： 2013

项目学科： 机械、仪表工业

项目作者： 张连东

作者单位： 大连交通大学

项目金额： 59万元

中文摘要： 创造性提出基于测地线的仿人机器人最优步态规划方法。该方法充分利用现代微分几何学中测地线的短程性，将仿人机器人的动力学性质几何化，通过求解黎曼曲面上的测地线直接得到能量最优的步态。应用李群的方法，建立运动学和动力学模型，建立黎曼度量，求解测地线微分方程并设计出基于测地线方法的步态规划器。首先通过步态虚拟仿真初步验证步态规划的正确性，然后采用3级分层控制，即任务级、中间级和局部反馈控制级，进行仿人机器人动态行走实验。测地线步态规划器作为控制的中间层。实时测量行走过程中关节电流和机器人本体的速度和加速度反馈值，结合零力矩点ZMP点的实时计算，综合评定基于测地线步态规划的动态行走效果，并对步态规划器理论模型进行必要的修正。本项目完成后，将在机器人学领域创新形成一套涵盖从机械手臂到仿人机器人的基于测地线的最优轨迹规划的完整的理论体系。

中文关键词： 测地线；仿人机器人；步态规划；微分几何学；

英文摘要： An optimal gait generation method based on geodesics is created initially. This method make a good use of geodesic's property of the shortest path to geometrize humanoid robot's dynamics and obtain the energetic optimal gait by solving the geodesic equation. To establish kinematics and dynamics models by Lie group theory, solve the geodesic equation and design the gait planner based on geodesics. Using gait simulation to verify the vality of the gait, then make an experiment in a real robot. The hierarchical control strategy includes task, middle and local feedback level.The geodesic giait planner is in the middle level. The joints' currents and robot's velocity and acceleration are measured in real time combining with the ZMP detection to evaluate the dynamic walking based on geodesic gait generation. The gait generation model will be modified according to the experiment results finally if necessary. This project will create an innovative theory on robotic manipulator and humanoid robot trajectory planning based on geodesics.

英文关键词： geodesic；humanoid robot；gait planning；differential geometry；