四足機器人平面模型小跑步態(tài)控制方法及參數(shù)配置研究.pdf

1、四足機器人以其良好的動態(tài)性能、較強的環(huán)境適應(yīng)能力成為機器人領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點,四足機器人設(shè)計理論發(fā)展迅速,國內(nèi)外涌現(xiàn)出一大批經(jīng)典的四足機器人。四足機器人小跑步態(tài)作為常見步態(tài),其控制問題得到各國學(xué)者關(guān)注。然而,之前的學(xué)者并未從控制方法的調(diào)控范圍、調(diào)控效果、控制參數(shù)配置等角度進(jìn)行充分的研究,使得這些控制方法對實際四足機器人的調(diào)控能力有限,而且對特定狀態(tài)調(diào)控往往需要大量的實驗以確定控制參數(shù)。因此,針對四足機器人小跑步態(tài)控制方法及其參數(shù)配置研究對

2、于實際機器人的調(diào)試與控制具有重要的現(xiàn)實意義。
　　本課題來源于國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域“高性能四足仿生機器人”主題項目(2011AA040701),以四足機器人平面模型作為研究對象,基于動力學(xué)特性及動力學(xué)方程分析,利用 Matlab軟件數(shù)值仿真方法,對四足機器人小跑步態(tài)控制方法及其參數(shù)配置策略進(jìn)行深入分析。
　　首先,基于負(fù)載彈簧倒立擺模型建立了四足機器人小跑步態(tài)平面模型,并在基于動力學(xué)行為的三分

3、控制法策略分析基礎(chǔ)上建立了系統(tǒng)三方面分解運動簡化模型,通過對分解運動簡化模型動力學(xué)行為特性及動力學(xué)方程的研究,設(shè)計了三方面分解運動控制,通過控制參數(shù)對狀態(tài)調(diào)控效果作用規(guī)律,給出了控制參數(shù)配置規(guī)律。
　　其次,通過分析三分控制法對四足機器人平面模型小跑步態(tài)的控制效果,給出了控制耦合性對系統(tǒng)狀態(tài)調(diào)控帶來的影響,進(jìn)而提出了平面模型多自由度協(xié)同控制中三分控制法調(diào)整策略及相應(yīng)參數(shù)協(xié)調(diào)配置策略。在此基礎(chǔ)上,深入分析了負(fù)載變化及質(zhì)心偏置對系統(tǒng)狀

4、態(tài)調(diào)控的影響,提出了基于著地相時間參數(shù)辨識的負(fù)載變化下系統(tǒng)控制方法與通過控制量非對稱輸出實現(xiàn)質(zhì)心偏置系統(tǒng)穩(wěn)定前行的控制方法,給出了控制參數(shù)與結(jié)構(gòu)參數(shù)的匹配策略,拓展了三分控制法對不同結(jié)構(gòu)參數(shù)系統(tǒng)的適用性。
　　最后,在 Adams環(huán)境下建立了四足機器人虛擬樣機仿真平臺,在三分控制法的研究結(jié)果基礎(chǔ)上,通過合理補充與完善,設(shè)計了四足機器人虛擬樣機小跑步態(tài)控制策略。基于Adams與Matlab的聯(lián)合仿真平臺,驗證了三分控制法及其參數(shù)配置