六足機(jī)器人非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下的擺動腿運(yùn)動規(guī)劃與控制研究.pdf

1、六足機(jī)器人結(jié)構(gòu)的冗余性以及落足點(diǎn)的離散性使其具有更加卓越的應(yīng)對非結(jié)構(gòu)化環(huán)境的能力和潛質(zhì)。腿部擺動作為六足機(jī)器人移動的重要環(huán)節(jié),其合理性直接關(guān)系到機(jī)器人的整體運(yùn)動性能。因此,開展腿部擺動策略的研究對于機(jī)器人的進(jìn)一步應(yīng)用有著十分重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。
　　本課題的目的是,針對已經(jīng)完成的六足機(jī)器人本體 HITCR-II,基于非結(jié)構(gòu)化環(huán)境的柵格模型,分析和研究其腿部在崎嶇地面上的擺動時(shí)的運(yùn)動規(guī)劃與控制方法,并完成仿真驗(yàn)證。
　　首先

2、在對六足機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)進(jìn)行概述的基礎(chǔ)上,應(yīng)用機(jī)器人學(xué)理論對機(jī)器人擺動腿進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)建模和分析,推導(dǎo)了足端運(yùn)動與各關(guān)節(jié)運(yùn)動之間的數(shù)學(xué)關(guān)聯(lián),分析了足端工作空間,為后續(xù)的運(yùn)動規(guī)劃和控制奠定了基礎(chǔ)。通過仿真驗(yàn)證了運(yùn)動學(xué)模型的正確性。
　　在對六足機(jī)器人移動過程及落足原理進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上,結(jié)合機(jī)器人足端形狀提出了一種地形特征提取方法,更加準(zhǔn)確的描述了地形的局部特征。設(shè)計(jì)了能夠直接對落足點(diǎn)進(jìn)行定量評估的可落足性函數(shù),可有效提高機(jī)器人的地形判斷

3、能力和運(yùn)動實(shí)時(shí)性。通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該地形評估策略的有效性。
　　在充分考慮地形約束的情況下,研究了六足機(jī)器人腿部在擺動過程中的軌跡規(guī)劃和控制方法。基于最優(yōu)控制理論建立了擺動腿軌跡規(guī)劃模型,并且提出了一種基于最速下降法的數(shù)值解法。設(shè)計(jì)了腿部關(guān)節(jié)伺服控制器,利用李雅普諾夫直接法對控制器性能進(jìn)行了分析,從理論上證明了控制器的穩(wěn)定性和可行性。
　　最后,建立了基于 ADAMS和 MATLAB的擺動腿仿真平臺,進(jìn)行了軌跡規(guī)劃與控制方