基于阻抗控制的四足仿生機(jī)器人穩(wěn)定步態(tài)理論及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著人類對(duì)未知環(huán)境的不斷探索，現(xiàn)有運(yùn)輸設(shè)備在非規(guī)則路面行進(jìn)時(shí)日漸顯露出缺點(diǎn)。因此，各國學(xué)者逐漸重視設(shè)計(jì)并制造一臺(tái)具備四足動(dòng)物在自然環(huán)境中同樣行進(jìn)能力的機(jī)器人。和輪式運(yùn)輸設(shè)備相比，四足仿生機(jī)器人在崎嶇路面和松軟地面行進(jìn)具有很大優(yōu)越性，是近年來機(jī)器人領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。本文的研究對(duì)象是四足仿生步行機(jī)器人，主要內(nèi)容為分析和研究影響四足機(jī)器人行走過程穩(wěn)定性的因素，可分為機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)與行走穩(wěn)定性分析、步態(tài)規(guī)劃和足端與環(huán)境接觸力控制等幾個(gè)方面。<

2、br>　　運(yùn)動(dòng)學(xué)分析對(duì)四足機(jī)器人的步態(tài)擬定、運(yùn)動(dòng)參數(shù)選擇乃至行走控制都具有重要作用，且一般具有在線實(shí)時(shí)性要求，建立簡單且有效的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制具有重要意義。因此，本文首先對(duì)四足機(jī)器人進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。同時(shí)，本文從重心穩(wěn)定性和機(jī)身平衡兩個(gè)方面來分析機(jī)器人的行走穩(wěn)定性問題，建立了支撐面壓力中心坐標(biāo)方程和四足機(jī)器人力學(xué)模型，并提出衡量重心穩(wěn)定性的定量指標(biāo)。
　　作為一種仿生機(jī)器人，四足機(jī)器人行走時(shí)要盡量符合自然界中四足動(dòng)物運(yùn)

3、動(dòng)的普遍規(guī)律，合理的步態(tài)擬定可以提高機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)能力，同時(shí)降低機(jī)器人平衡的控制難度。通過對(duì)四足動(dòng)物運(yùn)動(dòng)規(guī)律的分析，本文以穩(wěn)定行走為目標(biāo)，對(duì)所研究的四足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)步態(tài)進(jìn)行規(guī)劃，同時(shí)對(duì)機(jī)器人在平整堅(jiān)實(shí)路面下以兩種不同步態(tài)行走時(shí)的情況進(jìn)行仿真研究，并對(duì)比了二者在穩(wěn)定裕度和機(jī)身運(yùn)動(dòng)柔順性方面的差別，為機(jī)器人行走實(shí)驗(yàn)提供理論依據(jù)。
　　四足機(jī)器人行走過程中的穩(wěn)定性不僅與穩(wěn)定裕度有關(guān)系，還與足端接觸力有著密切的聯(lián)系。此外，僅采用位置控制也無法

4、滿足腿部運(yùn)動(dòng)柔順性對(duì)足力的要求。因此，有必要研究足式機(jī)器人行走過程中的足力控制方法。論文采用阻抗控制方法對(duì)四足機(jī)器人足力進(jìn)行控制，運(yùn)用仿真手段對(duì)機(jī)器人行走過程中的足力變化進(jìn)行分析，同時(shí)采用間接自適應(yīng)阻抗控制方法消除了接觸力的穩(wěn)態(tài)誤差，并研究了環(huán)境剛度變化時(shí)以及存在力傳感器量測(cè)噪聲時(shí)機(jī)器人足力的變化情況，完成了具有較高實(shí)時(shí)性和可行性的控制器設(shè)計(jì)。
　　本文同時(shí)完成了四足機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，并搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，驗(yàn)證了所規(guī)