小型仿人機(jī)器人行走碰撞動(dòng)力學(xué)建模及補(bǔ)償控制策略研究.pdf

1、仿人機(jī)器人是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外機(jī)器人領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)仿人穩(wěn)定行走是仿人機(jī)器人研究中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。針對(duì)仿人機(jī)器人行走過程中，擺動(dòng)腳落地碰撞影響機(jī)器人穩(wěn)定行走的關(guān)鍵難題，本論文以BJHR-Ⅰ樣機(jī)為基礎(chǔ)，開展了碰撞動(dòng)力學(xué)建模、落地碰撞補(bǔ)償控制策略研究。具體研究工作如下：
　　(1)簡(jiǎn)化樣機(jī)結(jié)構(gòu)，減輕樣機(jī)重量，改進(jìn)下肢結(jié)構(gòu)，改進(jìn)了小型仿人機(jī)器人樣機(jī)本體，實(shí)現(xiàn)了基本步行功能；在下肢髖、膝、踝三個(gè)前擺關(guān)節(jié)處安裝關(guān)節(jié)位置傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)節(jié)角度的檢測(cè)：

2、在腳底板處安裝應(yīng)變式壓力傳感器，測(cè)量腳底地面反力。
　　(2)抽象簡(jiǎn)化樣機(jī)下肢為七桿模型機(jī)構(gòu)；基于第二類拉格朗日方程，建立了仿人機(jī)器人碰撞動(dòng)力學(xué)隱式方程和顯式方程。運(yùn)用Matlab軟件，將機(jī)器人樣機(jī)步態(tài)參數(shù)代入顯式方程，計(jì)算得到行走過程中的速度、動(dòng)能、行走碰撞力的理論值，并與Adams仿真軟件進(jìn)行參數(shù)對(duì)比，證明了所建立碰撞動(dòng)力學(xué)模型正確。
　　(3)研究了落地碰撞補(bǔ)償控制策略，提出并設(shè)計(jì)了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的粒子群算法的關(guān)節(jié)補(bǔ)

3、償控制器。以碰撞力誤差和擺動(dòng)腳距地面高度誤差作為控制器輸入，通過粒子群算法優(yōu)化BP網(wǎng)絡(luò)的權(quán)閾值，并按照所設(shè)計(jì)的關(guān)節(jié)角度補(bǔ)償控制規(guī)則，優(yōu)化計(jì)算得到補(bǔ)償后的關(guān)節(jié)角度值，實(shí)現(xiàn)對(duì)下肢三個(gè)前擺關(guān)節(jié)角度的碰撞補(bǔ)償控制。
　　(4)樣機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明：樣機(jī)本體改進(jìn)有效；所設(shè)計(jì)仿人機(jī)器人行走碰撞補(bǔ)償控制策略可有效減小擺動(dòng)腿落地時(shí)所產(chǎn)生的沖擊力，關(guān)節(jié)碰撞補(bǔ)償控制器在一定程度上減弱了由于落地沖擊所帶來(lái)的樣機(jī)關(guān)節(jié)角度的變化；達(dá)到了減小落地碰撞力的目的，樣