MATLAB 2012b实现人形机器人ZMP与CoM模拟代码解析

资源摘要信息: "Matlab R2012b代码-CoM-and-ZMP-for-Humanoid:模拟人体站立时会失去一只脚。该代码是对《类人机器人简介》一书的编程实现，旨在通过Matlab平台，对人形机器人进行运动学和动力学分析，特别是针对人体站立失去一只脚的动态模拟。代码基于Springer出版社出版的《类人机器人简介》一书，提供了丰富的示例和函数，用于计算和展示机器人在特定姿态下的质心（CoM）和零力矩点（ZMP）。" 知识点详细说明： 1. Matlab R2012b平台：这是MathWorks公司在2012年发布的Matlab软件版本，用于数值计算、可视化以及编程。在机器人学和控制系统分析中，Matlab以其强大的计算能力和丰富的工具箱得到了广泛应用。 2. 类人机器人简介：这指的是人形机器人领域的概述性介绍，可能包括机器人的历史、结构设计、运动控制、感知系统等多个方面的内容。 3. 运动学（Kinematics）分析：运动学关注的是物体运动的几何特性，而不涉及力的作用。在本代码中，涉及到了基于递归调用编程实现的运动学分析，例如通过fk_random函数绘制具有任意关节角度的两足动物机器人模型，以及ik_random函数展示具有随机脚部位置和方向的机器人模型。 4. 数值倒数（Numerical Inverse）方法：在机器人学中，求解逆运动学问题通常非常复杂，尤其是对于具有多个自由度的两足机器人。ik_stretch_NR和ik_stretch_LM函数分别利用牛顿-拉夫森方法和Levenberg-Marquardt方法来计算在特定位置和姿态下机器人的关节角度。 5. 零力矩点（Zero Moment Point, ZMP）：ZMP是评价两足机器人站立和行走稳定性的关键概念，指在地面上某一位置点的水平反作用力矩为零。calcurate_zmp函数用于计算并显示两足机器人的ZMP和CoM投影，这对于理解和评估机器人的稳定性至关重要。 6. 动力学（Dynamics）仿真：动力学关注的是物体运动状态改变的原因，即力和力矩。在本代码中，bodybody_rotate、screw_motion和strictbody_fly函数分别实现了在零重力环境下刚体的旋转、单向运动和平移旋转动画处理，帮助用户观察和分析在特定动力学条件下的机器人行为。 7. 动态仿真（Dynamic Simulation）：本代码集提供了一系列的动态仿真工具，如top_simulation函数，它可能用于模拟人形机器人在复杂环境下的整体行为，包括运动控制策略的验证和性能测试。 8. 系统开源（Open Source System）：这个标签表明本Matlab代码库是以开源的形式提供给公众的，用户可以自由下载、研究和修改代码。开源有助于提高代码的透明度和可靠性，同时促进了学术界和工业界的交流与合作。 9. 文件名称"CoM-and-ZMP-for-Humanoid-master"：从这个名称可以推断出，这个文件夹包含了关于人体机器人质心（CoM）和零力矩点（ZMP）计算的Matlab代码，其中"master"通常表示这个文件夹是该版本控制项目的主分支。 通过上述的Matlab代码，研究者和开发者可以深入研究人形机器人在失去一只脚等不稳定情况下的动态反应，并可能进一步用于设计更稳定、更自然的人形机器人动作和行为。