基于力傳感器的四足機(jī)器人多步態(tài)規(guī)劃及初步維穩(wěn)控制.pdf

1、仿生四足機(jī)器人由于其獨(dú)特的桿式機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)非結(jié)構(gòu)環(huán)境下的行走，而且具有對(duì)地形的適應(yīng)能力強(qiáng)、承載能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好等出色的特點(diǎn)，可廣泛運(yùn)用于搶險(xiǎn)救災(zāi)、排雷、探險(xiǎn)及軍事等領(lǐng)域，應(yīng)用前景廣闊。研究仿生四足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)及其穩(wěn)定控制，對(duì)開發(fā)新型仿生四足機(jī)器人，具有重要的理論指導(dǎo)意義和使用價(jià)值。為了使四足機(jī)器人能夠以更加穩(wěn)定的步態(tài)完成多種運(yùn)動(dòng)，并且能夠在足端受到外界沖擊力的情況下通過(guò)腿的柔順?lè)磻?yīng)來(lái)提高運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性，本文針對(duì)單腿具有三自由度和四自由度的兩

2、種四足機(jī)器人進(jìn)行了多種步態(tài)的規(guī)劃、改進(jìn)以及力反饋控制研究。
　　對(duì)于兩種四足機(jī)器人的單腿進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)正/逆解分析計(jì)算，并利用運(yùn)動(dòng)學(xué)正解結(jié)合機(jī)器人各關(guān)節(jié)實(shí)際運(yùn)動(dòng)范圍和桿件約束計(jì)算出了兩種四足機(jī)器人的單腿運(yùn)動(dòng)空間，比較分析后得出單腿四自由度仿生四足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)空間更大，運(yùn)動(dòng)更靈活，能夠適應(yīng)更多的運(yùn)動(dòng)表面。
　　針對(duì)橢圓和擺線兩種足端軌跡進(jìn)行對(duì)角步態(tài)設(shè)計(jì)及仿真分析，驗(yàn)證了復(fù)合擺線保證了在起步以及落地瞬間足端與地面垂直接觸，有效地減少

3、了偏航方向的接觸力，保持了重心的穩(wěn)定，從足端軌跡方面提高了步態(tài)的穩(wěn)定性。針對(duì)后腿拖地以及機(jī)身晃動(dòng)大兩個(gè)問(wèn)題提出了改變支撐足初始位置和增加四足同時(shí)支撐狀態(tài)的方法，進(jìn)一步提高了對(duì)角步態(tài)的穩(wěn)定性。針對(duì)兩種四足機(jī)器人分別實(shí)現(xiàn)了前進(jìn)、后退、對(duì)角轉(zhuǎn)彎多種步態(tài)的規(guī)劃及運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)。針對(duì)單腿四自由度的仿生四足機(jī)器人，成功實(shí)現(xiàn)了上下樓梯運(yùn)動(dòng)。
　　針對(duì)傳統(tǒng)對(duì)角步態(tài)的對(duì)角換相瞬間質(zhì)心速度有突變，不利于機(jī)身穩(wěn)定這一問(wèn)題，通過(guò)變長(zhǎng)倒立擺理論分析與仿真，驗(yàn)證了

4、增加四足同時(shí)支撐狀態(tài)方法的有效性和可行性，成功地消除質(zhì)心速度突變。此外，設(shè)計(jì)了基于變長(zhǎng)倒立擺模型的變步長(zhǎng)以及變速度對(duì)角步態(tài)，并通過(guò)仿真驗(yàn)證上述步態(tài)的可行性，實(shí)現(xiàn)在對(duì)角步態(tài)中質(zhì)心速度無(wú)突變的變步長(zhǎng)與變速度方法。
　　設(shè)計(jì)基于足端力傳感器的力/位混合控制，采用經(jīng)典的PID控制實(shí)現(xiàn)位置跟蹤控制，采用阻抗控制實(shí)現(xiàn)力柔順控制。在Simulink環(huán)境下搭建基于足端力傳感器的四足機(jī)器人單腿力/位混合控制仿真模型，并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)各參數(shù)，完成控