第四章运动控制与步态

四足运动控制课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解四足动物的运动原理，掌握四足机器人的基本结构及其功能。

2. 学生能够描述四足运动控制的基本算法，并了解其在实际应用中的优势。

3. 学生能够解释步态生成与调节的基本方法，并分析不同步态对运动性能的影响。

技能目标：1. 学生能够设计并搭建简单的四足机器人模型，进行基本的运动控制实验。

2. 学生通过编程实践，掌握四足运动控制的基本技巧，实现对四足机器人的速度、方向和步态的有效控制。

3. 学生能够运用所学知识，针对特定场景提出四足机器人的优化方案，解决实际问题。

情感态度价值观目标：1. 学生通过课程学习，培养对机器人科技的兴趣和好奇心，激发创新意识。

2. 学生在团队协作中学会沟通与交流，培养合作精神和集体荣誉感。

3. 学生能够认识到四足运动控制在灾害救援、环境监测等领域的应用价值，增强社会责任感。

课程性质：本课程为实践性较强的综合课程，结合了机械、电子、计算机等多学科知识。

学生特点：六年级学生具备一定的逻辑思维能力和动手能力，对新鲜事物充满好奇心。

教学要求：注重理论与实践相结合，关注学生个体差异，提高学生的动手实践能力和创新能力。

通过课程目标的分解与实现，使学生在知识、技能和情感态度价值观方面得到全面提升。

二、教学内容1. 四足动物运动原理：介绍四足动物的运动特点、步态分类及运动学参数。

- 教材章节：第二章“四足动物运动学基础”2. 四足机器人结构与功能：讲解四足机器人的基本结构、驱动方式和传感器应用。

- 教材章节：第三章“四足机器人结构与设计”3. 四足运动控制算法：学习四足运动控制的基本算法，如PID控制、模糊控制等。

- 教材章节：第四章“四足运动控制算法与应用”4. 步态生成与调节：分析四足机器人步态生成与调节的方法，以及不同步态对运动性能的影响。

- 教材章节：第五章“步态生成与优化”5. 编程实践：利用Arduino、Python等编程语言，实现四足机器人的运动控制。

步态分析步态分析一、概述行走是人体躯干、骨盆、下肢以及上肢各关节和肌群的一种周期性规律运动，步态是指行走时人体的姿态，是人体结构与功能、运动调节系统、行为以及心理活动在行走时的外在表现。

正常的步态有赖于中枢神经系统以及骨骼肌肉系统的正常、协调工作，当中枢神经系统或/和骨骼肌肉系统因疾病或损伤而受到损害时，就有可能出现步态的异常。

步态分析是利用力学的概念和人体解剖、生理学知识对人体行走功能状态进行对比分析的一种生物力学研究方法。

（一）步态分析步骤1、描述研究对象的步态模式和步态参数，并与正常步态进行比较找出其差异；2、分析出现差异的原因，研究产生异常步态的机制；3、确定改善步态的治疗方案，包括步态训练的方法、假肢或矫形器的装配、助行器的选择。

（二）步态分析方法1．运动性步态分析对步行的运动模式或步行时身体节段间的相关进行描述，此类分析既可定性也可定量，临床上应用简单，易于开展，后面将详细介heel off，HO terminal stance足尖离地支撑腿仅剩足尖着地摆动前期从对侧下肢开始着地到支撑腿足趾即将离地的阶段toe off，TOPre-swing摆动相加速期从支撑腿足尖离开地面摆动到身体下方的一瞬间摆动初期由足尖离地以后到摆动腿膝关节屈曲到最大限度为止acceleration，ACCinitial swing摆动中期摆动腿刚好在身体的正下方摆动中期由膝关节屈曲到最大限度继续向前摆动到胫骨与地面垂直mid-swing，MSWmid-swing减速期摆动腿继续向前摆动，减速准备足跟着地的瞬间摆动末期由胫骨与地面垂直开始直到再次开始着地之前deceleration，DEC terminal swing（三）步态参数1、步长从一侧足跟着地处至另一足足跟着地处之间的线性距离，以cm为单位，正常人约为50~80cm。

2、跨步长同一腿足跟着地处至再次足跟着地处之间的线性距离，以cm为单位，正常人跨步长是步长的两倍，约为100~160cm。

第一章1.简述运动技能的四个特征（1）指向目标，即动作技能都有操作目标；（2）动作技能的操作具有随意性；（3）动作技能需要身体、头、和/或肢体的运动来实现任务目标；（4）为了实现技能的操作目标，需要对动作技能进行学习或再学习；2.在金泰尔的分类法中，动作技能分类的两个纬度分别是什么？（1）操作的环境背景特征：①调节条件②尝试间变化（2）表征技能的动作功能：①身体定向②操纵3.在金泰尔的分类系统中调节条件是指什么？调节条件是指技能操作中必然存在并影响操作者运动特征的环境背景。

第二章1.什么是操作结果测量、操作过程测量？两者的差异？根据两者测量的方法举出三至四个运动教学中运动技能测量的例子。

（1）操作结果测量：指为了说明动作技能操作结果而进行测量。

（2）操作过程测量：为了说明在动作操作过程中运动控制系统某些方面的操作状态而进行的一种动作技能操作测量。

差异：①操作结果测量没有提供产生操作结果前肢体或身体行为的任何信息；②没有关于运动过程中参与工作的肌肉系统的活动信息；举例：操作结果测量：①一英里跑或打一个字所用的时间；②从发令枪响到起跑动作开始的时间；③垂直纵跳的高度；操作过程测量：①动作过程中肢体经过的高度；②动作过程中肢体运动速度；③运动中加速或减速的模式；2.简述简单反应时、选择反应时和辨别反应时及区别。

（1）简单反应时：指测试情景中只包含单一刺激并要求被试者做出单一反应动作，这时所测的反应时称为简单反应时。

（2）选择反应时：指测试情景中包含两个或两个以上的信号，每个信号需要特定的反应形式，这时测得的反应时为选择反应时。

（3）辨别反应时：指测试情景中包含两个或两个以上的信号，但被试者只需对其中的一个做出反应，对其他信号不做反应，这时测得的反应时为辨别反应时。

区别：①从刺激信号的数量来判断是不是简单反应时；②从做出的反应的信号数量来判断是不是辨别反应时。

3.将反应时分段的含义是什么？（1）在刺激信号发出和肌肉活动开始之间存在一个时间间隔，这个间隔便是反应时的第一部分，称为前动作时（pre-motor time）；（2）第二部分是从肌肉活动增加到外显肢体动作真正开始之间的时距，称为动作时（motor time）。

落足特征的基本步态1.引言1.1 概述概述：步态是人类行走时的姿势和运动方式。

落足特征作为基本步态的重要组成部分，对人类行走的稳定性和效率起着重要的作用。

本文将重点讨论落足特征的基本步态，并探讨其在人类行走中的功能和重要性。

在人类行走中，每一步的开始和结束都是落足特征的显著表现。

通过观察和分析步态的落足特征，我们可以了解行走者的平衡和协调性，进而揭示人体在行走过程中的动力学原理和生理机制。

特征一是步态中的重要组成部分之一。

它描述了行走者每一步的身体姿态和动作。

通过对特征一的详细描述，我们可以了解步态中的关节角度、身体重心和步幅等方面的变化。

特征一的作用主要体现在改善行走者的稳定性和适应性上。

通过合理的身体姿态和动作调整，行走者可以更好地应对地面的不平整和外界的干扰，从而实现稳定的行走。

特征二是另一个关键的步态特征。

它描述了行走者每一步的着地方式和脚部动作。

通过对特征二的详细描述，我们可以了解行走者的步距、步频和着地方式等信息。

特征二的作用主要体现在提高行走者的行走效率和运动性能上。

通过合理的着地方式和脚部动作调整，行走者可以减少能量消耗和肌肉负荷，提高行走的速度和舒适性。

综上所述，落足特征作为基本步态的重要组成部分，对人类行走具有重要的意义。

通过研究和了解落足特征的基本步态，我们可以更好地理解人类行走的原理和机制，并为相关领域的疾病诊断和康复提供有益的参考。

在接下来的文章中，我们将详细描述和探讨特征一和特征二的具体内容，并总结它们在人类行走中的重要意义。

1.2文章结构1.2 文章结构本文将从以下几个方面来探讨落足特征的基本步态。

首先，我们将概述整篇文章的内容，为读者提供整体的认知。

其次，我们将详细描述特征一，并探讨其在基本步态中的作用。

然后，我们将转向特征二，对其进行详细描述，并讨论其在步态中的作用。

最后，我们将在结论部分对特征一和特征二进行总结，同时对这些特征的重要性进行归纳。

通过这样的结构安排，读者将能够系统地了解落足特征的基本步态，并深入理解这些特征的作用和重要性。

鏅烘収鏍戠煡鍒般€婁汉浣撹繍鍔ㄥ銆嬬珷鑺傛祴璇曠瓟妗? 绗竴绔?1銆佸叧浜庡簲鍙樼殑璇存硶姝ｇ‘鐨勬槸A:鏈烘瀯鍐呮煇涓€鐐瑰彈杞芥椂鎵€鍙戠敓鐨勫彉褰?B:鏈烘瀯鍐呮煇涓€骞抽潰瀵瑰閮ㄨ礋鑽风殑鍙嶅簲C:浜轰綋鎵垮彈璐熻嵎鏃舵姷鎶楃牬鍧忕殑鑳藉姏D:浜轰綋鍦ㄥ彈杞芥椂鎶垫姉鍙樺舰鐨勮兘鍔?E:浜轰綋鍐呴儴鍚勭粍缁囧櫒瀹橀棿鐩镐簰浣滅敤鐨勫姏姝ｇ‘绛旀锛氭満鏋勫唴鏌愪竴鐐瑰彈杞芥椂鎵€鍙戠敓鐨勫彉褰?2銆佺涓夌被鏉犳潌灞炰簬A:骞宠鏉犳潌B:鐪佸姏鏉犳潌C:閫熷害鏉犳潌D:涓€鑸潬鏉?E:鐪佹椂鏉犳潌姝ｇ‘绛旀锛氶€熷害鏉犳潌3銆佷笅鍒楀摢涓€绉嶆潬鏉嗙郴缁熸槸鑲岃倝楠ㄩ绯荤粺鏈€甯镐娇鐢ㄧ殑?A:绗竴绫?B:绗簩绫?C:绗笁绫?D:绗竴绫诲拰绗簩绫?E:绗簩绫诲拰绗笁绫?姝ｇ‘绛旀锛氱涓夌被4銆佽绠楄倢鑲夋墍浜х敓鐨勫姏鐭╂柟娉曟槸A:鑲岃倝鍔涢噺闄や互鍐呭湪鍔涜噦B:鑲岃倝鍔涢噺涔樹互澶栧湪鍔涜噦C:鑲岃倝鍔涢噺闄や互澶栧湪鍔涜噦D:鑲岃倝鍔涢噺涔樹互鍐呭湪鍔涜噦E:鑲岃倝鍔涢噺鍔犱笂澶栧湪鍔涜噦姝ｇ‘绛旀锛氳倢鑲夊姏閲忎箻浠ュ唴鍦ㄥ姏鑷? 5銆佹潬鏉嗗湪搴峰鍖诲涓殑浣滅敤鏄?A:鐪佸姏B:鑾峰緱閫熷害C:闃叉鎹熶激D:淇濇寔骞宠E:鐪佹椂姝ｇ‘绛旀锛氱渷鍔?鑾峰緱閫熷害,闃叉鎹熶激绗簩绔?1銆佷笅鍒楀摢椤逛笉鏄鐨勪綔鐢?A:鏉犳潌浣滅敤B:鏀拺浣滅敤C:閫犺浣滅敤D:閽欑７搴?E:杩炴帴浣滅敤姝ｇ‘绛旀锛氳繛鎺ヤ綔鐢?2銆侀鍦ㄥ鍔涗綔鐢ㄤ笅鑳芥姷鎶楀叾鍙樺舰鐨勮兘鍔涙槸A:楠ㄧ殑闊ф€?B:楠ㄧ殑寮哄害C:楠ㄧ殑鍒氭€?D:楠ㄧ殑寮规€?E:楠ㄧǔ瀹氭€?姝ｇ‘绛旀锛氶鐨勫垰鎬?3銆佽穼鍊掑悗鍙戠敓鐨勬楠ㄨ繙绔鎶橈紝鍏舵墍鍙楀埌鐨勫姏寰€寰€鏄? A:鍓垏鍔?B:鎵浆鍔?C:鍘嬬缉鍔?D:澶嶅悎鍔?E:鎷変几鍔?姝ｇ‘绛旀锛氬鍚堝姏4銆佷笉浼氬楠ㄩ€犳垚姘镐箙鎬у彉褰㈢殑杞借嵎浣嶄簬A:寮规€у彉褰㈠尯鍐?B:濉戞€у彉褰㈠尯鍐?C:灞堟湇鐐瑰悗D:寮规€у彉褰㈠尯澶?姝ｇ‘绛旀锛氬脊鎬у彉褰㈠尯鍐?5銆佹湁鍏冲叧鑺傝蒋楠ㄦ弿杩版纭殑鏄?A:娓楅€忔€ц秺浣庯紝鎵胯浇鏃舵恫浣撴祦鍔ㄩ樆鍔涜秺灏?B:鍏锋湁鏈烘鍙嶉璋冭妭鏈哄埗锛屼績杩涚粍缁囬棿娑插畬鍏ㄦ祦鍑?C:涓€涓亽瀹氱殑杞借嵎鐬棿鏂藉姞浜庡叧鑺備笂锛屽湪杞借嵎鐨勪綔鐢ㄤ笅锛岃蒋楠ㄧ殑鍘嬬缉鍙樺舰蹇€熷鍔?D:浠庡伐绋嬭搴︼紝娑︽粦浣滅敤鏈夎竟鐣屾鼎婊戝拰娑茶啘娑︽粦2绉?E:鍏宠妭杞涓嶅叿鏈変慨澶嶄笌鍐嶇敓鑳藉姏姝ｇ‘绛旀锛氫粠宸ョ▼瑙掑害锛屾鼎婊戜綔鐢ㄦ湁杈圭晫娑︽粦鍜屾恫鑶滄鼎婊?绉?6銆佽閲忛鎵胯浇鑳藉姏鐨勬寚鏍囨湁A:楠ㄧ殑闊ф€?B:楠ㄧ殑寮哄害C:楠ㄧ殑鍒氭€?D:楠ㄧ殑寮规€?E:楠ㄧ殑绋冲畾鎬?姝ｇ‘绛旀锛氶鐨勫己搴?楠ㄧ殑鍒氭€?楠ㄧ殑绋冲畾鎬?7銆佸喅瀹氶鏂鎶垫姉鍔涘拰鍙樺舰鐗瑰緛鐨勪富瑕佸洜绱犳槸A:楠ㄦ墍鎵垮彈鍔涚殑澶у皬B:楠ㄦ墍鍙楀姏鐨勬柟鍚?C:楠ㄦ墍鎵垮彈鐨勫姏鐨勪綔鐢ㄧ偣D:缁勬垚楠ㄧ粍缁囩殑鏉愭枡鐗规€?姝ｇ‘绛旀锛氶鎵€鎵垮彈鍔涚殑澶у皬,楠ㄦ墍鍙楀姏鐨勬柟鍚?楠ㄦ墍鎵垮彈鐨勫姏鐨勪綔鐢ㄧ偣,缁勬垚楠ㄧ粍缁囩殑鏉愭枡鐗规€?绗笁绔?1銆佷几鍜屽鏃嬮珛鍏宠妭鐨勮倢鑲夋槸锛堬級銆?A:鑷€澶ц倢B:鑷€涓倢C:闃旂瓔鑶滃紶鑲?D:楂傝叞鑲?E:缂濆尃鑲?姝ｇ‘绛旀锛欰2銆佷綅浜庤笣鍏宠妭妯酱鍚庢柟鐨勮倢鑲夊彲鑳戒細浜х敓浠ヤ笅浣曠鍔ㄤ綔锛?A:鑳屽眻B:璺栧眻C:鍐呯炕D:澶栫炕E:鏃嬪墠姝ｇ‘绛旀锛欱3銆佸綋浠板崸鑵垮浐瀹氭椂锛岋紙锛変袱渚у悓鏃舵敹缂╄兘鎶珮韬共骞朵娇楠ㄧ泦鍦ㄨ偂楠ㄤ笂灞堟洸锛屽鍚屽氨鍧愮殑鍔ㄤ綔銆?A:鑷€澶ц倢B:鑷€涓倢C:闃旂瓔鑶滃紶鑲?D:楂傝叞鑲?E:缂濆尃鑲?姝ｇ‘绛旀锛欴4銆侀珎澶栧睍鑲岀兢涓渶澶х殑涓€鍧楄倢鑲夋槸锛堬級銆?A:鑷€涓倢B:鑷€灏忚倢C:闃旂瓔鑶滃紶鑲?D:姊ㄧ姸鑲?E:缂濆尃鑲?姝ｇ‘绛旀锛欰5銆佷笅鍒椾綍鑰呬綅浜庤笣鍏宠妭妯酱鐨勫悗渚э紵A:鑳墠鑲?B:鑵撻鐭倢C:绗笁鑵撻鑲?D:浼稿换瓒鹃暱鑲?姝ｇ‘绛旀锛欱6銆侀珛鍏宠妭鐨勫眻浼歌繍鍔ㄦ槸鍥寸粫锛堬級鐨勮繍鍔ㄣ€?A:棰濈姸杞?B:鐭㈢姸杞?C:鍨傜洿杞?D:绾佃酱E:姘村钩杞?姝ｇ‘绛旀锛欰7銆佷笅鍒楀璺濊窡鍏宠妭鎻忚堪閿欒鐨勬槸A:璺濊窡鍏宠妭鏄敱璺熼涓婂叧鑺傞潰鍜岃窛楠ㄤ笅鍏宠妭闈㈢粍鎴?B:璺濊窡鍏宠妭杩愬姩杞翠笌姘村钩闈㈢害鎴?2掳澶硅锛屼笌瓒崇殑涓嚎鍛堝亸鏂?6掳澶硅C:璺濊窡鍏宠妭杞村悜澶栥€佸墠銆佷笂鏂瑰€炬枩D:璺熼鐩稿浜庡璺濋涓昏浜х敓瓒崇殑鍐呫€佸缈昏繍鍔?E:璺濅笅鍏宠妭鍐呯炕骞冲潎娲诲姩搴︽槸20掳~30掳锛屽缈?掳~10掳姝ｇ‘绛旀锛欳8銆佸綋瓒抽儴琚浐瀹氬湪鍦伴潰涓婃椂锛屼互涓嬪摢鏉¤倢鑲夊彲浠ュ崗鍔╁皢鑶濆叧鑺備几鐩?A:浼告媷瓒鹃暱鑲?B:鑳墠鑲?C:姣旂洰楸艰倢D:绗笁鑵撻鑲?E:鑳悗鑲?姝ｇ‘绛旀锛欳9銆佷笅鍒楀叧浜庨珛鍏宠妭鐨勬弿杩版纭殑鏄紙锛夈€?A:鐢遍珛鑷煎拰鑲￠澶存瀯鎴?B:鍏宠妭鍥婂帤鑰屽潥纭?C:绋冲畾鎬ф瘮鐏垫椿鎬уぇD:鍙綔灞堛€佷几銆佸睍銆佹敹杩愬姩E:楂嬪叧鑺傜殑鎺掑垪鍜屾帶鍒剁簿纭?姝ｇ‘绛旀锛欰BCDE10銆侀鐩嗗墠鍊炬槸楂嬪眻鏇茬殑涓€绉嶅舰寮忋€?A:瀵?B:閿?姝ｇ‘绛旀锛欰11銆佽交鏉剧珯绔嬫椂锛岄噸鍔涳紙浣撻噸锛夌嚎姝ｅ父浼氳惤鍦ㄩ珛鍏宠妭鍐犵姸杞寸殑鍓嶆柟銆?A:瀵?B:閿?姝ｇ‘绛旀锛欱12銆佷富瑕侀檺鍒惰啙鍏宠妭澶栫炕鐨勫姏閲忎负浠ヤ笅浣曡€?A:鍐呬晶鍓煣甯?B:鍚庡崄瀛楅煣甯?C:澶栦晶鍓煣甯?D:鑶濇í闊у甫E:鑵橀煣甯?姝ｇ‘绛旀锛欰13銆佽法瓒婂湪鑶濆叧鑺傚唴澶栬浆鍔ㄨ酱鍓嶆柟鐨勮倢鑲夛紝鍙互鎵ц浠ヤ笅浣曠鍔ㄤ綔?A:鑶濆眻鏇?B:鑶濅几鐩?C:鑶濆唴杞?D:鑶濆杞?E:鑶濆唴鏀?姝ｇ‘绛旀锛欱14銆佸湪鑶濆叧鑺傚畬鍏ㄤ几鐩存椂绔欑珛锛岃厴缁宠倢绱х环鑰呬細鍑虹幇涓嬪垪浣曠鐜拌薄?A:楠ㄧ泦鐩稿鍓嶅€?B:楠ㄧ泦鐩稿鍚庡€?C:鑶濆唴缈?D:鑶濆缈?E:鑶濆眻鏇?姝ｇ‘绛旀锛欱15銆佸眻鑶濇椂鑲￠鍦ㄨ儷楠ㄤ笂鍚戝悗婊氬姩锛岃繖鏄敱浜庤偂楠ㄩ珌鐨勮В鍓栧舰鎬佸拰锛堬級鐨勪綔鐢紝鍚屾椂浜х敓鍚戝悗婊戝姩銆?A:鍓嶄氦鍙夐煣甯?B:鍚庝氦鍙夐煣甯?C:鑵撲晶鍓煣甯?D:鑳晶鍓煣甯?E:楂岄煣甯?姝ｇ‘绛旀锛欱16銆丵瑙掑害杩囧ぇ鏄洜涓洪珜楠ㄥ線澶栧亸绂昏繃澶с€?A:瀵?B:閿?姝ｇ‘绛旀锛欱17銆佽厯鑲犺倢鏈夋墽琛岃啙浼哥洿鐨勮兘鍔涖€?A:瀵?B:閿?姝ｇ‘绛旀锛欰绗洓绔?1銆佸湪鑲樺叧鑺傚浜庡畬鍏紙 )浣嶇疆锛屾楠ㄤ笌灏洪骞宠涓斾綅浜庡叾澶栦晶銆?A:鏃嬪悗B:鏃嬪墠C:灞堟洸D:浼稿睍E:杩囦几姝ｇ‘绛旀锛欰2銆侀闂磋啘鐨勪富瑕佺氦缁磋蛋鍚戝苟涓嶈兘鎷姉浣滅敤浜庢楠ㄨ繙渚х殑锛? )A:搴斿帇鍔?B:鎷夊簲鍔?C:鍓垏鍔?D:鎵姏E:閲嶅姏姝ｇ‘绛旀锛欱3銆佸墠鑷傚畬鍏ㄦ棆鍚庡強鎵嬭倶瀹屽叏浼哥洿鏃讹紝浠ヤ笅浣曡€呭彈鍒版渶澶х殑鐗靛紶锛?A:鏃嬪悗鑲?B:鑲变笁澶磋倢鐨勯暱澶?C:鏃嬪墠鍦嗚倢D:鑲变笁澶磋倢鐨勫渚уご姝ｇ‘绛旀锛欳4銆佹渚у強灏轰晶鍋忕Щ鍙戠敓鍦?A:鐭㈢姸杞?B:鍐犵姸杞?C:鍨傜洿杞?D:浠嬩簬鐭㈢姸杞村拰鍐犵姸杞翠箣闂?E:浠嬩簬鍐犵姸杞村拰鍨傜洿杞翠箣闂?姝ｇ‘绛旀锛欰5銆佸紩璧疯厱鍏宠妭灏轰晶鍋忕Щ鐨勮倢A:鎵€鏈夎倢鑲夋媺鍔涚嚎鐨勮矾寰勫湪鑵曞叧鑺傚墠鍚庤浆鍔ㄨ酱鐨勫昂渚? B:鎵€鏈夎倢鑲夋媺鍔涚嚎鐨勮矾寰勫湪鑵曞叧鑺傚唴澶栬浆鍔ㄨ酱鐨勫悗渚? C:鍙互閬垮厤鑵曞叧鑺傝繃搴︾殑灞堟洸D:鎵€鏈夎倢鑲夋媺鍔涚嚎鐨勮矾寰勫湪鑵曞叧鑺傚墠鍚庤浆鍔ㄨ酱鐨勬渚? E:鎵€鏈夎倢鑲夋媺鍔涚嚎鐨勮矾寰勫湪鑵曞叧鑺傚瀭鐩磋酱鐨勬渚?姝ｇ‘绛旀锛欰6銆佽厱浼歌倢鍦ㄥ己鍔涚殑鎶撴彙鏃跺繀椤绘敹缂╂槸涓轰簡:A:閬垮厤鎵嬫寚寰€灏轰晶鍋忕ЩB:閬垮厤鑵曞叧鑺傚潔濉屽彉鎴愬眻鏇茬殑濮垮娍C:璁╄厱闅ч亾鐨勫懆寰勫彉澶?D:閬垮厤鑲樺叧鑺傛棆杞彉鎴愬眻鏇茬殑濮垮娍姝ｇ‘绛旀锛欱7銆佽倶鍏宠妭浼哥洿鐨勭粓鏈劅瑙夐€氬父琚涓烘槸楠ㄥご纰伴澶? A:瀵?B:閿?姝ｇ‘绛旀锛欰8銆佺粡杩囨楠ㄤ紶閫掑埌灏洪鐨勫帇杩姏閲忓ぇ閮ㄥ垎鐢遍闂磋啘浼犻€掋€? A:瀵?B:閿?姝ｇ‘绛旀锛欰9銆佹墍鏈夌殑鑵曚几鑲岃蛋鍦ㄨ厱鍏宠妭鍐呭杞姩杞寸殑鍓嶆柟A:瀵?B:閿?姝ｇ‘绛旀锛欱10銆佸ぇ绾?0%鐢辨墜閮ㄨ€屾潵鐨勫帇鍔涚洿鎺ヤ紶鍒板昂楠ㄤ笂銆?A:瀵?B:閿?姝ｇ‘绛旀锛欱绗簲绔?1銆? 鍏稿瀷鐨勬枩棰堢棁鏄敱浠ヤ笅浣曡€呮墍閫犳垚?A:鑵版绔栬剨鑲岀殑绱х环B:鑳搁攣涔崇獊鑲岀殑绱х环C:鑳告鍙婅叞妞庤繃搴︾殑渚у集鎵€瀵艰嚧D:鑵版柟鑲岀殑鏃犲姏E:鏂滄柟鑲岀揣缁?姝ｇ‘绛旀锛欱2銆佷互涓嬪摢涓€鍧楄倢鑲夊洜涓哄叾涓昏鍔熻兘鏄鍔犺吂鍐呭帇锛岃€岀О涓烘潫鑵拌倢:A: 鑵版柟鑲?B: 绔栬剨鑲?C: 鑵规í鑲?D: 澶村す鑲屽強棰堝す鑲?E: 鑵圭洿鑲?姝ｇ‘绛旀锛欳3銆佸彸鑵版柟鑲岃兘鎵ц浠ヤ笅浣曠鍔ㄤ綔?A: 灏嗚叞妞庤浆鍔ㄥ埌宸﹁竟B:銆屼笂鎶€嶅乏渚х殑楠ㄧ泦C:銆屼笂鎶€嶅彸渚х殑楠ㄧ泦D: 灏嗚函骞蹭晶寮埌宸﹁竟E: 灞堜几鑵版姝ｇ‘绛旀锛氫笂鎶彸渚х泦楠?4銆佽剨鏌辩殑鐢熺悊寮洸A:渚ч潰瑙傚憟S褰?B:鑴婃煴鐨勭敓鐞嗘洸搴︿娇鑴婃煴鐨勭ǔ瀹氭€ч檷浣? C:楠跺熬妞庡墠鍑?D:渚濊禆浜庤剨鏌辫倢鐨勭淮鎸?E:鑵版鍓嶅嚫鏈夊埄浜庤礋閲?姝ｇ‘绛旀锛欰DE5銆佷綋琛ㄦ爣蹇楁纭弿杩?A: 鐢茬姸杞涓虹4銆?棰堟楂樺害B: 绗?棰堟鍦ㄩ妞庝腑鐨勬绐佹渶闀?C: 绗?棰堟妫樼獊涓鸿鏁拌兏妞庢绐佺殑濮嬬偣D:楂傚荡鏈€楂樼偣鐨勮繛绾块€氳繃绗?鑵版妫樼獊姝ｇ‘绛旀锛欰BD6銆? 鑳告鐨勪富瑕佸姛鑳?A:鏀寔澶村拰韬共B:鍚庝几C:褰㈡垚鑳歌厰锛屼繚鎶ゅ績鑲?D:渚у眻E:鏃嬭浆姝ｇ‘绛旀锛欰C7銆? 杩愬姩鎺у埗鐨勬柟寮?A:鍙嶅皠鎬ц繍鍔?B:妯″紡鍖栬繍鍔?C:闈欏姏鎬ц繍鍔?D:鎰忓悜鎬ц繍鍔?E:鍔ㄥ姏鎬ц繍鍔?姝ｇ‘绛旀锛欰BD8銆? 楠ㄧ泦鐨勫姛鑳芥槸A: 鏀寔浣撻噸B: 闇囩紦鍐插姩C: 鍒嗘暎鍘嬪姏D: 鏀寔淇濇姢鍐呰剰E: 澧炲己娲诲姩鑼冨洿姝ｇ‘绛旀锛欰BCDE9銆?鑱旂粨妞庝綋鐨勭粨鏋勬湁A: 榛勯煣甯?B: 鍓嶇旱闊у甫C: 鍚庣旱闊у甫D: 妫樹笂闊у甫E: 妞庨棿鐩?姝ｇ‘绛旀锛欱CE10銆? 韬共鑲屽寘鎷?A: 鑶?B: 鑳歌倢C: 鑵硅倢D: 鑲╄倢E: 鑳岃倢姝ｇ‘绛旀锛欰BCE11銆? 楠ㄧ泦鍚庡€句笌鑵硅倢鐨勬敹缂╃浉鍏炽€?A:瀵?B:閿?姝ｇ‘绛旀锛欰12銆? 鍏稿瀷鐨勯鐩嗗悗鍊句細缂╁皬鑵版妞庨椈瀛旂殑鐩村緞銆?A:瀵?B:閿?姝ｇ‘绛旀锛欱绗叚绔?1銆佸湪涓剳鐨勪笂涓嬩笜涔嬮棿妯柇鑴戝共鍚庯紝鍔ㄧ墿灏嗗嚭鐜帮紙锛夈€? A:鑴婁紤鍏?B:鏄忕潯C:鍏辨祹澶辫皟D:鍘诲ぇ鑴戝己鐩?姝ｇ‘绛旀锛欴2銆佺淮鎸佷汉浣撴甯稿Э鍔跨殑鍩烘湰鍙嶅皠鏄紙锛夈€?A:鑲岀揣寮?B:浼稿睍鍙嶅皠C:鑵卞弽灏?D:瀵逛晶灞堣倢鍙嶅皠姝ｇ‘绛旀锛欰3銆佸皬鑴戞崯浼ゅ悗姝ユ€佺壒寰佹€ц〃鐜颁负锛堬級銆?A:姝ラ€熷噺鎱?B:姝ュ澧炲ぇC:姝ラ暱缂╃煭D:鑱斿甫杩愬姩姝ｇ‘绛旀锛欱4銆佹鎬佹帶鍒剁殑涓変釜浠诲姟锛氾紙锛夈€?A:鍓嶈繘B:濮垮娍绋冲畾C:閬垮紑闅滅鐗?D:閲嶅績绉诲姩姝ｇ‘绛旀锛欰BC5銆佺壍寮犲弽灏勭殑鎰熷彈鍣ㄤ富瑕佹槸鑵卞櫒瀹樸€?A:瀵?B:閿?姝ｇ‘绛旀锛欱6銆佷互涓嬪摢鍑犱釜灞炰簬绌洪棿鍏崇郴闅滅銆?A:绌胯。

摘要摘要驱动技术，人工智能，高性能计算机等最新技术已经使双足机器人有了粗略模拟人体运动的灵巧性，能够进行舞蹈展示，乐器演奏，与人交谈等。

然而这与投入实际应用所需求的能力还有不小差距。

主要体现在缺乏与人类相近的平衡能力和步伐协调能力，对工作环境要求高，在非结构化环境中适应能力差。

因此，本文以自主研制的双足机器人为研究对象，重点研究了双足机器人的平衡控制，阻抗控制以及步态规划等内容。

本文首先简要介绍了自主研制的双足机器人的软硬件构架，建立了ADAMS 和Gazebo仿真来协助对控制算法性能预测和优化并减少对物理机器人的危险操作。

接着分析了双足机器人的正逆运动学并引入运动学库KDL来简化运动学运算。

稳定的平衡控制对于双足机器人而言在目前还是个不小的挑战。

本文就此研究了两种处理平衡的阻抗调节方案。

一种是基于LQR的固定阻抗模型，这种方案简单有效，但存在易产生振动的问题，本文结合滤波改善了平衡控制效果。

另一种是基于增强学习的自适应阻抗模型。

该方法可以在不知道系统内部动态信息的情况下利用迭代策略在线得到最优解，是对前述LQR方法的进一步优化。

随后本文通过仿真和实验进行了验证并分析了优缺点。

步态规划是机器人运动控制中最基础的一环。

本文从五连杆平面机器人入手对其运动控制进行了研究。

首先采用基于ZMP的多项式拟合法实现了机器人平地行走的步态规划。

然后分析其动力学模型并利用PD控制器进行运动仿真，就仿真中出现双腿支撑阶段跟踪误差较大的问题提出了PD与径向基神经网络混合控制的新策略。

再次通过仿真证实该方案能够减小跟踪误差。

最后，本文利用前述多项式拟合法对实验平台的物理机器人进行静态行走和上楼梯的步态规划。

针对上楼梯的步态规划的特殊性，本文提出了分段拟合来实现各关节的协同规划，并引入了躯干前倾角来辅助身体平衡。

由于时间所限，本文实现了双足机器人的稳定步行实验，上楼梯实验还尚缺稳健性，这将作为下一步的工作。

关键词：双足机器人，平衡控制，步态规划，ADAMS仿真，增强学习IABSTRACTDriving technology, artificial intelligence, high-performance computers and other latest technology has enable bipedal robots to roughly emulate the motor dexterity of humans, able to dance show, musical instruments, and talking. However, this ability still have big gap between putting into practical application. Mainly reflected in the lack of the ability of balance, and the coordination of walking. High demands on the working environment, poor adaptability in unstructured environments. In this paper, the self-developed bipedal humanoid robot is researched, and the balance control, impedance control and gait planning are mainly studied.This paper first introduces the hardware and software architecture of the biped robot, and establishes the ADAMS and Gazebo simulation to assist in the prediction and optimization of the performance of the control algorithm, so as to reduce the risk operation of the physical robot and avoiding the potential risks. Then the forward kinematics and inverse kinematics of the biped robot are analyzed and the kinematic library KDL is introduced to simplify the kinematic operation.Stable balance control is still a challenge for biped robots. In this paper, we present two schemes for impedance adjustment when dealing with the balance. One is the fixed impedance model, which is simple and effective, but there is a problem of vibration, a filter is combined in this paper to improve the balance control effect. The other is an adaptive impedance model based on integral reinforcement learning. This method can obtain the optimal solution online by using the policy iteration without knowing the dynamic information of the system. It is a further optimization of the LQR method. Then the scheme is simulated and experimented, and the advantages and disadvantages are analyzed.Gait planning is the most basic part of robot motion control. First, a simplified five-link planar robot model is established to facilitate the study. Then, the ZMP-based polynomial fitting method is used to realize the gait planning of the robot's horizontal walking. Then the dynamic model is analyzed and the PD controller is used to simulate the motion. A new strategy of PD and RBF neural network hybrid control is proposed to reduce the tracking error during DSP. Again, the simulation results show that the scheme can reduce the tracking error.IIFinally, this paper applies the polynomial fitting method to carry on the static walking and the stairway gait planning of the physical robot of the experimental platform. In view of the particularity of the gait planning of the stairs, this paper proposes a partition fitting to realize the cooperative planning of each joint and introduces the trunk leaning forward to assist the body balance. Due to time constraints, this paper has achieved a stable walking experiment of bipedal robots, and the stair experiment is still lacking in robustness, which will be the next step of the work.Keywords: biped robot, balance control, gait planning, ADAMS simulation, reinforcement learningIII目录第一章绪论 (1)1.1 研究工作的背景与意义 (1)1.2 国内外研究历史和发展态势 (2)1.2.1双足机器人的发展现状 (2)1.2.2双足机器人平衡控制概况 (6)1.2.3机器人阻抗控制概况 (7)1.2.4双足机器人步态规划及运动控制概况 (8)1.3 本文的主要工作 (9)1.4 本论文的结构安排 (10)第二章双足机器人控制系统架构与仿真平台设计 (11)2.1 双足机器人机体结构 (11)2.2 双足机器人控制系统框架设计 (13)2.2.1硬件系统设计 (13)2.2.2控制软件设计 (15)2.3 双足机器人仿真平台的设计 (16)2.3.1机器人系统常用仿真软件 (16)2.3.2ADAMS虚拟样机建模 (17)2.3.3G AZEBO模型建立 (18)2.4 本章小结 (19)第三章双足机器人运动学建模分析 (20)3.1 双足机器人位姿的描述 (20)3.2 正向运动学求解 (21)3.3 逆运动学求解 (22)3.4 五连杆平面机器人的运动仿真 (26)3.4.1开源运动学和动力学库KDL (26)3.4.2基于KDL的双足机器人运动学仿真 (26)3.5 本章小结 (27)第四章双足机器人站姿下的平衡控制 (28)4.1 双足机器人的平衡控制策略 (28)4.2 双足机器人的踝关节平衡策略 (30)IV4.2.1基于倒立摆的固定阻抗模型 (31)4.2.2基于增强学习的自适应阻抗模型 (33)4.3 仿真结果 (38)4.3.1固定阻抗与自适应阻抗仿真结果及对比 (38)4.3.2仿真算法的进一步优化 (41)4.4 实验结果 (43)4.4.1实验设计 (43)4.4.2实验结果与分析 (44)4.5 本章小结 (47)第五章五连杆双足机器人行走步态规划及控制 (48)5.1 步态规划依据和方法 (48)5.1.1步态规划的依据 (48)5.1.2离线步态规划的方法 (49)5.2 五连杆平面机器人模型的建立 (49)5.2.1五连杆模型简介 (50)5.2.2五连杆的运动学与动力学模型 (51)5.3 五连杆机器人的步态规划 (53)5.3.1摆动腿的轨迹规划 (53)5.3.2髋关节的轨迹规划 (55)5.3.3轨迹规划展示 (56)5.4 基于PD控制器的五连杆运动控制 (57)5.4.1PD控制器设计 (58)5.4.2仿真实验结果及分析 (59)5.5 基于RBFNN的五连杆运动控制 (61)5.5.1基于动力学模型的控制分析 (61)5.5.2RBF神经网络控制器设计 (62)5.5.3仿真实验结果及分析 (64)5.6 本章小结 (65)第六章双足机器人步态规划与实验 (66)6.1 双足机器人步态规划的约束 (66)6.2 双足机器人静态行走的步态规划 (66)6.2.1步行准备阶段运动规划 (67)6.2.2周期步行阶段运动规划 (69)V6.2.3步态仿真验证 (71)6.2.4双足机器人步行实验 (73)6.3 双足机器人上楼梯的步态规划 (73)6.3.1起步阶段运动规划 (73)6.3.2上楼梯双腿支撑阶段运动规划 (74)6.3.3跨两层台阶运动规划 (75)6.3.4双足机器人上楼梯仿真及实验 (76)6.4 本章小结 (78)第七章全文总结与展望 (79)7.1 全文总结 (79)7.2 后续工作展望 (80)致谢 (81)参考文献 (82)攻读硕士学位期间取得的成果 (87)VI第一章绪论第一章绪论1.1 研究工作的背景与意义上世纪60年代初，工业机器人和自主移动机器人成为现实，为实现大规模自动化生产，降低制造成本提升产品质量做出了巨大贡献。