递推Newton-Euler方法构建双足步行机器人动力学模型与控制

"双足步行机器人的设计与研究" 在本文中，作者姚丽萍探讨了双足步行机器人的设计和研究，重点在于建立一个能够实现在平面上稳定行走的动力学模型。作者首先对双足步行机器人的机构进行了分析，确定了机器人的自由度数、自由度分配方案以及关节形式。在设计过程中，采用了递推的Newton-Euler方法来构建机器人的动力学模型，这是一种通过递推计算简化力学方程中动力矩阵和关联矩阵元素的方法，使得复杂的动力学计算变得更为简洁和高效。 在此基础上，姚丽萍提出了一种基于三次样条插值的步态参数规划方法，用于踝关节和髋关节的轨迹规划和仿真。通过对各个关节的角度与时间关系进行推导，确保了机器人的运动轨迹符合规划。文章还介绍了零力矩点（Zero Moment Point, ZMP）的概念，这是双足步行机器人稳定性的重要指标，推导了ZMP的求解公式，并讨论了如何通过ZMP轨迹规划实现连续稳定的步行。 在控制策略方面，采用了跟踪式PID控制法，将行走过程划分为多个小时间间隔，然后在每个时间域内对动力学方程进行线性化处理，再进行PID控制。这种方法允许对控制系统的参数进行设计，以满足稳定性要求。通过引入变结构环节，可以补偿实际机器人力学参数难以精确测量带来的不确定性，增强了机器人的自适应性。 通过仿真计算，文章验证了所提出的建模方法、步态参数规划和控制策略的有效性和实用性。在髋关节在单脚支撑期的运动控制中，使用MATLAB进行了仿真，结果证明了这些方法的合理性。关键词包括：双足步行机器人、动力学模型、步态、零力矩点（ZMP）和控制模型。 该研究深入探讨了双足步行机器人的核心问题，从动力学建模到步态规划，再到控制策略，为双足步行机器人的稳定行走提供了全面的技术支持和理论基础。