被動踝關(guān)節(jié)仿人機器人站立平衡控制研究.pdf

1、仿人機器人在實際環(huán)境中工作時，平衡穩(wěn)定性是最基本的功能之一。如果機器人在遇到外界擾動無法恢復(fù)自身的平衡時，機器人將無法正常工作甚至摔倒。仿人機器人的抗擾動平衡控制研究很多，如站立平衡控制問題和跨步平衡控制問題等。但是當(dāng)機器人在工作過程中某些部位的電機失效時，特別是在突發(fā)情況下，機器人如何實現(xiàn)抗擾動平衡控制將是一個重要的安全問題。
　　本文基于實驗室仿人機器人平臺KONG系列，研究當(dāng)機器人的踝關(guān)節(jié)發(fā)生故障而不能工作時，機器人如何通過

2、髖關(guān)節(jié)和手臂的協(xié)調(diào)運動抵抗外界擾動恢復(fù)平衡。主要研究內(nèi)容包括以下幾個部分:
　　1.利用多連桿模型對仿人機器人進(jìn)行建模，由于多連桿模型考慮了機器人質(zhì)量分布于全身，可以更加精確的描述機器人的動力學(xué)特性。通過最小二乘法辨識了機器人一些未知的結(jié)構(gòu)參數(shù)，可以得到更加準(zhǔn)確地控制律，使系統(tǒng)具有更好的魯棒性。
　　2.利用拉格朗日力學(xué)方程建模，使用LQR和模糊控制方法實現(xiàn)了機器人抗擾動平衡恢復(fù)。本文對拉格朗日力學(xué)方程進(jìn)行變形，將力矩輸入變

3、量轉(zhuǎn)換成加速度輸入變量，這樣就可以建立能對位置機器人進(jìn)行控制的狀態(tài)方程。本文還分別使用了線性控制方法和非線性控制方法對機器人進(jìn)行了抗擾動平衡恢復(fù)控制，并分別在兩連桿和三連桿實物機器人上面進(jìn)行了驗證。
　　3.設(shè)計了被動踝關(guān)節(jié)變阻尼控制器。本文通過積分控制設(shè)計了變阻尼被動踝關(guān)節(jié)控制器，該控制器不僅能模擬踝關(guān)節(jié)無法工作時的被動帶阻尼特性，而且能夠通過調(diào)節(jié)控制參數(shù)，模擬出不同的踝關(guān)節(jié)阻尼系數(shù)。通過在不同踝關(guān)節(jié)阻尼系數(shù)下進(jìn)行實驗，我們可以