第五章 步態(tài)規(guī)劃
步態(tài)是在步行運(yùn)動(dòng)過程中，機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)在時(shí)序和空間上的一種協(xié)調(diào)關(guān)系，通由各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的一組時(shí)間軌跡來描述。步態(tài)規(guī)劃的目標(biāo)是產(chǎn)生期望步態(tài)，即產(chǎn)生在某個(gè)步行周期中的實(shí)現(xiàn)某種步念的各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡(期望運(yùn)動(dòng)軌跡)。步態(tài)規(guī)劃是機(jī)器人穩(wěn)定步行的基礎(chǔ)，也是雙足步行機(jī)器人研究中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。要實(shí)現(xiàn)和提高機(jī)器人的行走性能，必須研究實(shí)用而有效的步態(tài)規(guī)劃方法。完整的步態(tài)規(guī)劃包括兩方面的內(nèi)容：姿態(tài)的規(guī)劃和ZMP(Zero Moment Po洫，零力矩點(diǎn))軌跡的規(guī)劃，二者相互影響，關(guān)系密切。所謂姿態(tài)的規(guī)劃，是指機(jī)器人行走過程中其各組成部分運(yùn)動(dòng)軌跡的規(guī)劃，比如說，腳掌何時(shí)離開地面、擺動(dòng)相中整個(gè)腳掌在空中的軌跡、何時(shí)落地等。姿態(tài)的規(guī)劃相對比較簡單，常用的方法是先規(guī)劃出髖關(guān)節(jié)與踝關(guān)節(jié)的軌跡，然后計(jì)算出其它組成部分的軌跡。
當(dāng)前步態(tài)規(guī)劃的方式主要有基于仿生學(xué)原理和基于力學(xué)穩(wěn)定性這兩種。基于仿生學(xué)原理的雙足步態(tài)研究主要是通過測量和分析人的步行運(yùn)動(dòng)，研究雙足步行的基本原理,將得到的一些基本步態(tài)特征運(yùn)用到雙足機(jī)器人步態(tài)規(guī)劃和控制中。基本過程是讓人模仿機(jī)器人的自由度行走(如果機(jī)器人有幾個(gè)自由度，那么人在模仿行走的時(shí)候也盡量只動(dòng)相應(yīng)的自由度)，同時(shí)對此人的行走過程進(jìn)行正面和側(cè)面的錄像，然后對這些錄像進(jìn)行分析，得到此人在步行過程各個(gè)主要關(guān)節(jié)的角度變化與時(shí)間的函數(shù)，然后根據(jù)力學(xué)相似原把這些函數(shù)相似地推廣到機(jī)器人的關(guān)節(jié)變化上。基于力學(xué)穩(wěn)定性的步態(tài)軌跡規(guī)劃方法又分為基于模型和非模型兩種步態(tài)規(guī)劃和控制策略。基于模型的雙足控制借鑒已知的物理模型特性對雙足機(jī)器人模型進(jìn)行簡化，建立了倒立擺模型、被動(dòng)步態(tài)模型、質(zhì)量彈簧模型等實(shí)用控制模型。基于非模型的控制策略從機(jī)器人步行運(yùn)動(dòng)的約束入手，一般從雙足機(jī)器人的穩(wěn)定和能量兩方面對雙足步態(tài)運(yùn)動(dòng)加以規(guī)劃和控制IlJ。
步態(tài)規(guī)劃步驟如圖4所示
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2017-7-12 21:26 上傳
圖4 步態(tài)調(diào)試的的具體步驟
第六章 總結(jié)6.1不足以及改進(jìn) （1）機(jī)器人的步態(tài)優(yōu)化不是很好，在行進(jìn)過程中會(huì)有大腳板的輕微滑動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生。通過調(diào)節(jié)機(jī)器人重心的位置,使大腳板有更好的抓地力,同時(shí)還可以在機(jī)器人的腳底部增大黏力,使機(jī)器人腳底板有更大的摩擦力.
（2）機(jī)器人在行進(jìn)過程中左右搖擺有點(diǎn)大,具體通過適當(dāng)?shù)母男〔綉B(tài),稍微加快頻率來使機(jī)器人趨于小幅度的搖擺狀態(tài).
（3）在進(jìn)行機(jī)器人的復(fù)位過程中會(huì)出現(xiàn)突然跳動(dòng)的情況，從而會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人的步態(tài)不是很穩(wěn)定的現(xiàn)象發(fā)生。面對這些情況我們可以在程序中通過改變機(jī)器人步態(tài)的邏輯結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的穩(wěn)步前進(jìn)，微調(diào)，轉(zhuǎn)彎和停止。
（4）機(jī)器人在行進(jìn)過程中可能會(huì)發(fā)生情況誤判的情形，在這種情況下需要在程序中加相應(yīng)的程序段來判斷是否發(fā)生了誤判從而增強(qiáng)機(jī)器人系統(tǒng)的魯棒性。
6.2 參賽心得 這次比賽我們不僅代表了個(gè)人，還代表了學(xué)校，我們?yōu)閷W(xué)校爭得了榮譽(yù)。這場競賽雖然取得了一定的成績，但同時(shí)也暴露出一些問題，針對這些問題，現(xiàn)對本次競賽的情況作如下總結(jié)，以便為下一屆參加競賽的學(xué)弟學(xué)妹們做個(gè)參考。
1、心理素質(zhì)是影響競賽的關(guān)鍵因素。比賽不僅比技術(shù)，也比心理素質(zhì)。技術(shù)再高的人如果欠缺一定的心理素質(zhì)，將會(huì)直接影響到自身的發(fā)揮。那究竟怎樣克服心理障礙這點(diǎn)呢？第一，拿到題目后不要緊張，俗話說萬變不離其宗，不管是自己見過的還是沒見過的，首先要把考題和以前遇到的類似題型相比較，然后分析它們的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，從而找出正確的解題思路。第二，做題時(shí)切記不能三心二意，做題時(shí)一定要專心，不要一題做一下另外一題又做一下，最后反而都沒做好。第三，在平時(shí)的訓(xùn)練中要把每一次練習(xí)當(dāng)成比賽，這樣才能在平時(shí)的訓(xùn)練中提高自己的心理素質(zhì)。
2、團(tuán)隊(duì)精神至關(guān)重要。在平時(shí)的訓(xùn)練中，大家都會(huì)遇到不同的問題，遇到問題時(shí)要互相討論，相互指出各自的不足，相互交流，相互考核，團(tuán)結(jié)作戰(zhàn)，共同成長，有了這樣的團(tuán)結(jié)精神，才能在比賽中“厚積薄發(fā)”。
3、要有速度、要細(xì)心。每個(gè)參賽選手的技能水平都不相上下，比賽比的就是操作的速度快不快，在操作的過程中細(xì)不細(xì)心。競賽中失誤大部分都是不細(xì)心所導(dǎo)致的。拿單片機(jī)的編程來說，程序的完整性是很重要的，拿到題目時(shí)要仔細(xì)讀懂題意，弄清題目所要實(shí)現(xiàn)的功能，這就要求在編程時(shí)不僅速度要快，而且不能犯語法錯(cuò)誤，一步一步的編，但不能盲目地追求速度，這樣才能保證編程既有速度又有質(zhì)量。
4、要學(xué)會(huì)自學(xué)。我們都是接受過高等教育的人，自學(xué)能力是我們要具備的基本素質(zhì)，遇到難題和不懂的問題一定要自己去查資料，不要因?yàn)闆]有學(xué)過而灰心而失去信心，每個(gè)學(xué)生在課堂上學(xué)的東西總是有限的，很多知識(shí)是要靠自己去學(xué)習(xí)和積累。這次比賽我收獲最大的就是提高了我的自學(xué)能力。
5、平時(shí)的練習(xí)要腳踏實(shí)地，既不能圖快，更不能懶散。遇到問題要勤思考勤動(dòng)手，把問題的原因、現(xiàn)象以及解決方案用紙記錄下來，這樣不至于以后犯同樣的錯(cuò)誤。我相信只要這樣堅(jiān)持下去，自己的技能必定會(huì)有所進(jìn)步。
本次競賽是一次理論與實(shí)踐相結(jié)合的競賽，充分體現(xiàn)了對現(xiàn)代自動(dòng)控制型人才的要求，給了我們一個(gè)自我提高和學(xué)習(xí)的好機(jī)會(huì)，為我們提供了一個(gè)展示自己的大舞臺(tái)。我們非常感謝為我們指導(dǎo)的老師們，非常感謝學(xué)校各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)對我們的鼓勵(lì)與支持，更要感謝那些在層層選拔中落選的同學(xué)們，我們在今后的學(xué)習(xí)中將更加努力，苦練技術(shù)，用我們的辛勤勞動(dòng)來回報(bào)學(xué)校，回報(bào)社會(huì)。
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