四足步行機(jī)器人建模與控制方法.pdf

1、目前國(guó)內(nèi)外對(duì)四足步行機(jī)器人的研究已取得了一系列的重要進(jìn)展，但距離實(shí)用還有一段距離。過(guò)去幾十年，從生物運(yùn)動(dòng)得到靈感而研制了大量的腿結(jié)構(gòu)機(jī)器人。采用靜態(tài)步行步態(tài)的四足機(jī)器人很多，但是這些機(jī)器人無(wú)一例外速度很慢，并且其重心必須一直處于腳支撐多邊形之內(nèi)，這無(wú)疑限制了該類機(jī)器人的工程實(shí)際應(yīng)用。近年來(lái)，研究人員也研制了一些動(dòng)態(tài)步行的四足機(jī)器人，然而，這些機(jī)器人都缺少生物運(yùn)動(dòng)的基本特征：高層控制，因此，產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)步態(tài)在研究高速機(jī)動(dòng)時(shí)具有局限性。

2、 本文首先進(jìn)行步行機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，建立機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)模型。然后，針對(duì)四足機(jī)器人靜、動(dòng)態(tài)步行的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)基于分級(jí)控制技術(shù)的控制器，腿原函數(shù)存在于控制器的最低級(jí)，以連續(xù)的方式形成第二級(jí)的協(xié)調(diào)函數(shù)。協(xié)調(diào)函數(shù)又可以被組合成行為模塊，行為模塊組成控制器的最高級(jí)別序列級(jí)。最終實(shí)現(xiàn)四足步行機(jī)器人在不平整地面上全方位靜態(tài)步態(tài)的自動(dòng)生成。 四足機(jī)器人動(dòng)態(tài)步行時(shí)，將其簡(jiǎn)化為彈簧負(fù)載倒立擺模型進(jìn)行動(dòng)力特性分析，將高層的步行控制任務(wù)分解為

3、對(duì)支撐腿和擺動(dòng)腿的控制，以切換和組合的方式實(shí)現(xiàn)步行控制。設(shè)計(jì)了對(duì)角支撐虛擬組件、平緩?fù)蟿?dòng)虛擬組件和四足支撐虛擬組件，以基于虛擬模型的直覺(jué)控制策略完成了機(jī)器人的小跑動(dòng)態(tài)步行控制。 除此之外，本文還介紹了四足步行機(jī)器人環(huán)境識(shí)別方法。最后，在此基礎(chǔ)上提出了一種避障算法，利用此方法，可以進(jìn)一步實(shí)施機(jī)器人在配置視覺(jué)系統(tǒng)和障礙物測(cè)距傳感器情形下的自主步行運(yùn)動(dòng)。 文中的四足步行機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的周期運(yùn)動(dòng)，速度可達(dá)每秒1/4-1/2身