變剛度柔性關節(jié)的動態(tài)剛度辨識和控制方法研究.pdf

1、足式機器人中引入可變剛度的柔性關節(jié)，可以根據機器人運行狀況和地形條件實時地調節(jié)關節(jié)剛度，從而有效地減少機器人運行時與地面的沖擊力，起到保護機器人本體的作用，同時增強地形適應能力。目前已經有研究人員設計出多款可變剛度的柔性關節(jié)，但是由于缺乏有效的動態(tài)剛度辨識方法，難以快速準確地得到關節(jié)實際動態(tài)剛度值，從而不能引入實時剛度值作為負反饋構成閉環(huán)的關節(jié)剛度控制系統(tǒng)，很大程度上限制了變剛度特性在足式機器人中的應用。本課題針對該問題，對在線的變剛度

2、關節(jié)動態(tài)剛度辨識方法進行研究，在此基礎上進行了變剛度關節(jié)的動態(tài)剛度和運動控制研究。
　　首先，針對變剛度關節(jié)力矩的非線性特性問題，引入了泰勒展開近似替代非線性的關節(jié)力矩，并使用卡爾曼濾波算法進行泰勒展開項系數的辨識，在此基礎上導出關節(jié)剛度的辨識算法?？紤]到進行關節(jié)剛度實時調節(jié)時關節(jié)剛度調節(jié)參數變化對關節(jié)力矩的影響，在關節(jié)動態(tài)剛度辨識問題中先對參數進行解耦而后再對關節(jié)力矩進行泰勒展開，解決了關節(jié)變剛度柔性關節(jié)的動態(tài)剛度辨識問題。此外

3、，還研究了關節(jié)轉動慣量和阻尼系數的辨識方法，得到了較精確的結果，為后期關節(jié)動態(tài)剛度的辨識提供了基礎。
　　其次，針對變剛度柔性關節(jié)的關節(jié)剛度和關節(jié)運動控制問題，在關節(jié)動態(tài)剛度可以在線辨識的基礎上，提出了有效的關節(jié)剛度的閉環(huán)控制方法；在關節(jié)剛度控制的前提下，提出了有效的關節(jié)運動閉環(huán)控制方法；將關節(jié)剛度和運動控制方法進行整合，提出了有效的變剛度柔性關節(jié)的關節(jié)剛度和關節(jié)運動混合控制方法。
　　最后，基于關節(jié)的動態(tài)剛度辨識方法和控制