大扰动下人体步行稳定恢复分析策略研究

发布时间：2023-07-25 05:32

　　双足机器人的研究一直处于国内外机器人研究领域的热点之中,同其它类型机器人相比,双足机器人具有直立行走、自由度高、动作灵活等优势。但由于双足机器人自身结构设计的局限性,其步态稳定性差,对外界环境敏感度高,尤其在外部大扰动作用下,双足机器人系统稳定性迅速变差,极易发生摔倒。因此,如何在外部大扰动作用下,保持其良好的稳定快速恢复能力是目前双足机器人研究领域亟需解决的关键问题。针对双足机器人在大扰动下难以恢复稳定的问题,本文拟借鉴人类在大扰动作用下的步态调整方法,通过人体受扰恢复过程中运动特征的准确刻画,有效分析人体受扰后的稳定恢复控制策略,建立大扰动作用下人体步行恢复过程的解析仿真平台,为双足机器人大扰动下的控制策略制定提供新的理论分析基础。本论文主要研究工作如下:第一,针对双足机器人在大扰动下的快速稳定刻画问题,以人体大扰动步行为研究对象,建立了人体受扰后的稳定感知预测模型。鉴于人体复杂的生理组织结构、灵敏的感知与调控体系,基于大扰动下人体稳定感知的快速刻画,对人体各组成部分进行理想化假设,建立了人体质心处的3D-LIP点足模型;在此基础上,通过运动捕获点理论的引入,实现了任一状态下模型捕...

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 双足机器人研究概况分析
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 双足机器人扰动恢复研究现状
    1.4 人体扰动恢复研究现状
    1.5 本文主要研究内容
第2章 人体步行稳定捕获的理论基础
    2.1 引言
    2.2 3D-LIP点足系统模型的构建
        2.2.1 3D-LIP
        2.2.2 3D-LIP点足模型的建立
    2.3 人体步行运动捕获分析
        2.3.1 运动捕获分析
        2.3.2 双足步行系统的稳定捕获性
        2.3.3 捕获区域
    2.4 双足系统捕获点动力学分析
        2.4.1 双足系统模型的无量纲化
        2.4.2 捕获点分析
        2.4.3 捕获点动力学分析
    2.5 本章小结
第3章 基于足部定位的运动稳定捕获预测与控制
    3.1 引言
    3.2 基于模型动力学分析的稳定捕获域的建立
        3.2.1 3D-LIP点足模型的动力学分析
        3.2.2 模型任一状态下的稳定捕获域预测
    3.3 理想稳定行走步态的控制实现
        3.3.1 理想稳定行走步态
        3.3.2 理想稳定步态控制实现
    3.4 基于足部定位控制的稳定步行
        3.4.1 动态足部定位控制器设计
        3.4.2 仿真结果分析
    3.5 本章小结
第4章 基于双摆腿模型的人体步行无差稳定控制
    4.1 引言
    4.2 人体行走分析
        4.2.1 人体步态周期分析
        4.2.2 步态特征分析
    4.3 双摆腿模型
        4.3.1 模型描述
        4.3.2 模型动力学分析
    4.4 离散LQR控制器设计
        4.4.1 离散LQR控制理论
        4.4.2 离散LQR控制器设计
    4.5 仿真结果分析
        4.5.1 3D-LIP点足模型同双摆腿模型对比分析
        4.5.2 双摆腿模型受扰恢复仿真分析
    4.6 本章小结
第5章 人体大扰动下的步行恢复调整分析
    5.1 引言
    5.2 基于Noitom的实验数据采集与预处理
        5.2.1 运动捕获实验准备
        5.2.2 运动捕获实验对象与流程
        5.2.3 运动捕获实验数据预处理
    5.3 人体与双摆腿模型的扰动恢复一致性分析
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢



本文编号：3837256