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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:楊子羲
研究生(外文):Tzu-Shi Yang
論文名稱:二足機器人的步態控制、模擬與分析
論文名稱(外文):The gait analysis and simulation biped robot
指導教授:黃運琳黃運琳引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立虎尾科技大學
系所名稱:機械與機電工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:77
中文關鍵詞:RecurDynFortran步態控制零力矩點逆運動學
外文關鍵詞:RecurDynFortranGait controlZMPInverse kinematic analysis
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本論文以研究二足機器人步態控制為主,利用RecurDyn動態模擬軟體與語言程式Fortran進行控制。二足機器人的步態模式(包含蹲站),經由運動方程式推導,將步行的軌跡參數化,使用RecurDyn動態模擬軟體與語言程式Fortran進行二足機器人運動控制,並探討各步態模式的路徑誤差。
在機器人步態模式方面,首先分析機器人在原地作動的路徑參數與運動控制,進而應用於行走在不同環境的路徑參數與運動控制,透過零力矩點(ZMP)理論,軌跡規劃來達到穩定的步態模式。
在本研究中,將以電腦來計算所依照的軌跡路徑的控制與規劃,使二足機器人在步行中,將大部分情況的位置、速度、加速度還有所承受的力/力矩都計算出來,並且運用一般成年人雙足的平均數值作為例,來模擬整個二足機器人的動態分析,此研究將有效率且精準的展示出其運動狀態以及逆運動學分析與控制上。
The main objective of this investigation is to perform the gait analysis and control of biped robot by using RecurDyn software and Fortran programming language. The gait analysis and control of biped robot (including squatting and standing) can be developed by the kinematic equations which describe the paths of the gait parameters. The RecurDyn software and Fortran programming language can be used to control these parameters, and perform the error analysis of the gait paths.
First of all, the moving path control parameters can be analyzed in the fixed point for the gait analysis of robot. Secondly, the moving path control parameters can be analyzed in the different situations. Thirdly, the ZMP (Zero Moment Point) theory can be used for the trajectory planning of the robot to achieve a stable gait pattern.
In this research, the computer programs can be used to calculate these paths to control and perform the gait analysis of the biped robot. Most of the positions, velocities, accelerations and forces/torques can be calculated by these programs. By using the statistic data for most adults walking examples, the dynamic analysis and simulation of biped robot can be simulated. In this investigation, the approach will be efficiently and precisely used to demonstrate the motion status and inverse kinematic analysis and control of the biped robot systems.
中文摘要 ………………………………………………………… i
Abstract ………………………………………………………… ii
誌謝 ………………………………………………………… iii
目錄 ………………………………………………………… iv
圖目錄 ………………………………………………………… vi
符號說明 ………………………………………………………… viii
第一章 緒論…………………………………………………… 1
1.1 前言…………………………………………………… 1
1.2 研究動機……………………………………………… 1
1.3 研究方法……………………………………………… 3
1.4 文獻回顧……………………………………………… 3
1.5 章節安排……………………………………………… 6
第二章 二足機器人模型架構………………………… 8
2.1 二足機器人數學模型………………………… 8
2.2 向量解析方法………………………………… 9
2.3 二足機器人數學模型建立………………………… 12
第三章 二足機器人理論分析………………………………… 13
3.1 座標系統…………………………………… 13
3.1.1 順向運動學………………………………………… 13
3.1.2 空間座標系統……………………………………… 14
3.1.3 應用於RecurDyn的座標系統………………………… 15
3.2 靜態重心方程式…………………………………… 19
3.2.1 順向運動學………………………………………… 19
3.2.2 逆向運動學………………………………………… 22
3.3 靜態重心方程式…………………………………… 27
3.4 零力矩點(ZMP)理論……………………………… 29
第四章 二足機器人動力學…………………………………… 32
4.1 牛頓-尤拉法………………………………………… 32
4.2 拉格蘭奇(Lagrange)法………………………………… 34
第五章 二足機器人數值模擬與分析………………………… 36
5.1 二足機器人數值參數值…………………………… 36
5.2 步行路徑軌跡設計………………………………… 37
5.2.1 原地蹲站……………………………………………… 37
5.2.2 直線行走……………………………………………… 38
5.3 Fortran程式控制部份………………………………… 38
5.4 動態分析軟體RecurDyn與語言程式Fortran連結…… 41
5.5 二足機器人步行模擬………………………………… 44
5.5.1 蹲站模擬……………………………………………… 46
5.5.2 步行模擬……………………………………………… 53
第六章 結論與未來發展……………………………………… 64
參考文獻 ………………………………………………………… 66
附錄 ………………………………………………………… 69
Extended Abstract ………………………………………………………… 72
簡歷 ………………………………………………………… 77
參考文獻
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