基于线性倒立摆模型的双足机器人步态规划

吉林大学学报(信息科学版)

基于线性倒立摆模型的双足机器人步态规划

隋振 a , 于文成 a , 田彦涛 a,b , 徐名源 a

吉林大学 a. 通信工程学院; b. 工程仿生教育部重点实验室, 长春 130022

收稿日期:2016-05-11 出版日期:2017-03-27 发布日期:2017-06-07
通讯作者: 于文成(1991— ), 男, 山东日照人, 吉林大学硕士研究生, 主要从事复杂系统建模、优化与控制研究, (Tel)86-15754303075(E-mail)63100253@ qq. com。
作者简介: 隋振(1970— ), 男, 吉林公主岭人, 吉林大学副教授, 博士, 硕士生导师, 主要从事复杂系统建模、优化与控制研究, (Tel)86-13604312078(E-mail)suizhen@ jlu. edu. cn。
基金资助:
吉林省科技厅基金资助项目(20150101031JC)

Gait Planning of Biped Robot Based on Reference Trajectory and COM Balance

SUI Zhen a , YU Wencheng a , TIAN Yantao a,b , XUN Mingyuan a

a. College of Communication Engineering; b. Key Laboratory of Bionic
Engineering of Ministry of Education, Jilin University, Changchun 130022, China

Received:2016-05-11 Online:2017-03-27 Published:2017-06-07

摘要/Abstract

摘要： 为解决多关节自由度双足机器人的步态规划问题, 提出了一种改进的三维线型倒立摆模型步态规划算
法。该方法将双足机器人简化为三维线性倒立摆模型, 在得到机器人的质心参考轨迹的同时规划摆动腿的轨
迹, 通过机器人的运动学逆解即可求出各关节运动序列。在对质心轨迹求解过程中, 与传统方法通过双脚支撑
阶段调整质心速度实现步态稳定的方法不同, 该算法通过求解支撑腿最优交替时刻的方法最大化单脚支撑阶
段的范围, 实现机器人的高效稳定行走。以 NAO 机器人为实验对象, 对算法进行了仿真实验, 实验结果表明,
该算法是可行、有效的。

关键词: 参考轨迹, 双足机器人, 步态规划, 质心平衡, 三维线性倒立摆

Abstract: In order to solve the problem of bipedal walking, an improved method of gait planning algorithm of
biped robot based on L3D-LIPM(Linear Inverted Pendulum Mode) is proposed. This method obtains the COM
trajectory of robot by simplifying the original 3D linear inverted pendulum. After planning the swing leg
trajectory, the sequence of each joint can be obtained by inverse kinematics of the robot. The algorithm adopts
dynamically adjusting the point in time at which the support foot alternates to maximize the possible range in
single support phase, instead of a short double support phase for accelerating or decelerating the center of mass to
achieve such an adjustment. Experimental results demonstrate the feasibility and effectiveness of the approach.

Key words: biped robot, gait planning, center of mass (COM) balance, 3D linear inverted pendulum, reference trajectory

中图分类号:

隋振,于文成,田彦涛,徐名源 . 基于线性倒立摆模型的双足机器人步态规划[J]. 吉林大学学报(信息科学版), 2017, 35(2): 175-182.

SUI Zhen,YU Wencheng,TIAN Yantao,XUN Mingyuan . Gait Planning of Biped Robot Based on Reference Trajectory and COM Balance[J]. Journal of Jilin University(Information Science Ed, 2017, 35(2): 175-182.