双足机器人步态规划与运动学仿真研究 董金波 (黑龙江科技学院机械工程学院，黑龙江哈尔滨150027) Research of Gait Planning and Kinematics Simulation for Biped Robot DONG Jin—b0 (College of Mechanical Engineering，Heilongjiang Institute of Science and Technology，Harbin 150027，China) 摘要：针对双足机器人数学描述复杂、机器人运 动学分析较为困难的问题，建立了机器人的运动学 模型，提出了一种基于ZMP判据的两步步态规划 方法，对机器人的前向运动进行了步态规划，采用工 程上广泛应用的三次样条插值的方法得到机器人关 节的运动轨迹。利用Matlab软件中的SimMechan— ics工具箱建立机器人仿真模型，仿真结果验证了步 态规划的可行性，为机器人样机的研制提供理论依 据。 关键词：双足机器人；步态规划；运动学；仿真 中图分类号：TP242．6 文献标识码：A 文章编号：10O1—2257(2011)07—0066—03 Abstract：Aiming at the problems of the ro— bot’S complex mathematic description and difficult movement analysis，its kinematics model is built，a method of two—step gait planning is given based ZMP criterion，gait planning is carried for forward movement and robot joint motion trace is gotten by using the method of three order spline interpolation function．The simulation model of the robot is built through SimMechanics toolbox in Matlab soft— ware，simulation results validate feasibility of gait planning，a theoretical basis is provided for the de— velopment of the prototype． Key words：biped robot；gait planning；kine— matics；simulation 0 引言 双足机器人与传统的轮式、履带式机器人相比 收稿日期：2011一O3—04 基金项目：黑龙江科技学院青年基金(07—06) · 66 · 具有较强的越障能力，它的移动盲区很小，此外，双 足机器人与其它足式机器人相比，具有体积小、重量 轻、动作灵活等特点，并且类似于人类的步行特点， 因此对环境有最好的适应性l_】]。
在实际应用中，人 形机器人可用于有放射性、危险及其它对人体有害 的环境中取代人类劳动，或把人类从高强度、长时间 及单调乏味的工作中解脱出来，具有广阔的应用前 景[2]。双足步行机器人在具有上述难以取代的优越 性的同时，也存在很多的技术难关，双足步行机器人 系统存在着高阶、强耦合、多变量及非线性等特性， 这些特性使得双足步行机器人的运动学和动力学的 精确求解非常困难，这往往导致了机器人的规划运 动与实际运动有较大的出入[3]。步态规划是双足步 行机器人研究中的一个关键技术，要实现和提高机 器人的行走性能，必须研究实用而有效的步态规划 方法，从而使机器人实现稳定步
