面向高速奔跑足式機(jī)器人關(guān)節(jié)腿結(jié)構(gòu)與變阻抗控制研究.pdf

1、隨著足式機(jī)器人相關(guān)技術(shù)的深入研究，能夠高速靈活運(yùn)動的足式機(jī)器人逐漸成為研究熱點(diǎn)。自Boston Dynamics公司和MIT分別研制的Cheetah機(jī)器人問世以來，足式機(jī)器人的快速性研究更是成為足式機(jī)器人領(lǐng)域最具挑戰(zhàn)性的問題。研究表明，足式機(jī)器人的快速性主要取決于機(jī)器人腿部的固有頻率，通過改變機(jī)器人腿部的阻抗參數(shù)可以改變機(jī)器人腿部的固有頻率，進(jìn)而提升機(jī)器人的運(yùn)動速度。
　　本文以獵豹為仿生對象，針對現(xiàn)階段足式機(jī)器人結(jié)構(gòu)上存在的跨步

2、距離短，腿部質(zhì)量大等問題，提出了運(yùn)動解耦和仿形映射的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)了兼具較大跨步距離和較小的腿部質(zhì)量的機(jī)器人腿部結(jié)構(gòu)。通過對機(jī)器人的運(yùn)動關(guān)系和力學(xué)分析，得出了液壓缸驅(qū)動點(diǎn)到機(jī)器人足端的位置仿形和力的映射關(guān)系。仿形和解耦的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)又克服了機(jī)器人主動柔順控制上多驅(qū)動器耦合的問題，簡化了機(jī)器人的控制方法。
　　為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的高速運(yùn)動，本文在彈簧負(fù)載倒立擺模型（Spring-Loaded Inverted Pendulum, SLIP

3、）的基礎(chǔ)上，分析得出了機(jī)器人腿部阻抗是影響足式機(jī)器人運(yùn)動速度的關(guān)鍵因素，并推導(dǎo)得出機(jī)器人阻抗參數(shù)和運(yùn)動速度之間的作用規(guī)律。利用基于力的阻抗控制方法將關(guān)節(jié)腿機(jī)器人等效成一個(gè)豎直方向具有“主動剛度”虛擬的彈簧，又結(jié)合基于速度的“虛擬阻尼”控制策略實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的高速運(yùn)動，提高機(jī)器人峰值速度，進(jìn)而為多關(guān)節(jié)足式機(jī)器人高速運(yùn)動提供了一種有效地解決方案。
　　本文通過基于虛擬樣機(jī)的仿真實(shí)驗(yàn)研究，完成關(guān)節(jié)驅(qū)動器的選型和機(jī)器人結(jié)構(gòu)尺寸的優(yōu)化工作，驗(yàn)證