【摘 要】
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异构双腿机器人（Biped Robot with Heterogeneous Legs,BRHL）作为智能假肢实验平台,其人工腿模仿残疾人健康腿行走,需要有稳定性、拟人性良好的步态和自主平衡能力。因此,对人工腿的步态规划和控制研究具有重要意义。本文围绕人工腿步态规划和控制进行了以下研究:（1）对原有的人工腿结构进行改进,设计了由气动人工肌肉驱动的六杆膝关节,使得人工腿更加轻便、仿生性更好;对人工腿
【基金项目】
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辽宁省教育厅重点实验室基础研究项目（LZ2015037）；
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异构双腿机器人（Biped Robot with Heterogeneous Legs,BRHL）作为智能假肢实验平台,其人工腿模仿残疾人健康腿行走,需要有稳定性、拟人性良好的步态和自主平衡能力。因此,对人工腿的步态规划和控制研究具有重要意义。本文围绕人工腿步态规划和控制进行了以下研究:（1）对原有的人工腿结构进行改进,设计了由气动人工肌肉驱动的六杆膝关节,使得人工腿更加轻便、仿生性更好;对人工腿进行了运动学建模,为步态规划时关节角的求解奠定基础。（2）人工腿离线步态规划。在单腿支撑相建立了重力补偿倒立摆模型,在双腿支撑相建立了虚拟倒立摆模型,提出了虚-实倒立摆系统,得到了 BRHL质心运动轨迹;根据BRHL质心轨迹和运动学模型求得关节角度时间序列,并对其进行相平面分析,通过ADAMS仿真进行了验证;采用能量优化的方法对BRHL质心轨迹进行了优化。（3）人工腿直立平衡控制。采用简化模型的方法,分析了各平衡策略的稳定区域;针对踝关节平衡策略,建立倒立摆动力学模型,设计虚拟阻抗控制器,根据不同性能指标,采用线性二次型控制器对阻抗参数进行优化,并分析各参数对控制效果的影响;分别在无外力和瞬时外力干扰情况下,通过MATLAB/ADAMS联合仿真对踝关节控制策略进行验证。（4）人工腿在线步态规划。基于预观控制方法对BRHL进行在线规划,采用小车—桌子模型对异构双腿机器人进行动力学建模,设计了预观控制器;采用不同参考ZMP轨迹生成BRHL质心轨迹,通过分析ZMP跟踪误差、质心速度和加速度,确定最佳ZMP轨迹;对预观控制器控制参数进行分析,找到各参数对在线步态规划的影响;对BRHL进行在线步态模式生成。
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