多足步行機(jī)器人步態(tài)規(guī)劃及控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、為了探索未知世界，避免惡劣的工作環(huán)境對(duì)人體的損害，從事一些人體本身難以完成的工作，使用機(jī)器人實(shí)現(xiàn)目標(biāo)是一條重要的途徑。
　　機(jī)器人根據(jù)其移動(dòng)方式可以分為：輪式機(jī)器人、履帶式機(jī)器人和足式機(jī)器人。相比于輪式以及履帶式移動(dòng)方式，足式機(jī)器人所采用的移動(dòng)方式具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。足式移動(dòng)方式對(duì)不平整的路面具有較好的適應(yīng)能力，其腿部的立足點(diǎn)可以是離散的，能夠在可以延伸到達(dá)的地面上選擇其最優(yōu)的支撐點(diǎn)，即使是在地表極度崎嶇的情況下，通過(guò)嚴(yán)格地選擇腿部

2、足端的支撐點(diǎn)，也能夠自由行走。足式機(jī)器人的移動(dòng)方式還具有主動(dòng)隔振的能力，允許腿部的運(yùn)動(dòng)軌跡和機(jī)體的運(yùn)動(dòng)軌跡解耦，保持機(jī)器人運(yùn)動(dòng)具有較高的穩(wěn)定性。基于此，足式步行機(jī)器人的研究已經(jīng)成為機(jī)器人學(xué)中一個(gè)受人關(guān)注的研究領(lǐng)域。
　　論文圍繞多足步行機(jī)器人的機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)學(xué)、步態(tài)規(guī)劃以及運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)展開(kāi)研究。第一，分析了多足步行機(jī)器人的步行機(jī)構(gòu)和腿部自由度；對(duì)步行機(jī)器人腿部進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，建立了單腿的D-H方程，求出了機(jī)器人單腿的運(yùn)動(dòng)學(xué)的正解和逆

3、解，再對(duì)多足步行機(jī)器人整體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，以獨(dú)特的角度求出了步行機(jī)器人作為整體運(yùn)動(dòng)學(xué)的正解和逆解；第二，闡述了步態(tài)穩(wěn)定性原理，提出了多足步行機(jī)器人靜態(tài)穩(wěn)定性的判斷方法和各參數(shù)對(duì)機(jī)器人的影響；對(duì)于多足步行機(jī)器人中典型的四足和六足步行機(jī)器人進(jìn)行了獨(dú)特的平動(dòng)和定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的步態(tài)規(guī)劃，分別給出了穩(wěn)定的步態(tài)過(guò)程，并推導(dǎo)出能適應(yīng)有坡度的平動(dòng)行走步態(tài)最大跨步和定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)最大轉(zhuǎn)動(dòng)角度的計(jì)算方法；第三，介紹了多足步行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，在

4、理解步行機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，使用Visual C++實(shí)現(xiàn)了步行機(jī)器人上位機(jī)的人機(jī)交互界面軟件；為保證步行機(jī)器人步態(tài)控制數(shù)據(jù)傳遞的有效性，約定了基于串口幀傳輸方式的數(shù)據(jù)通信協(xié)議；對(duì)于下位機(jī)控制器，進(jìn)行了硬件的介紹和軟件工作流程的描述。
　　根據(jù)給出的穩(wěn)定平動(dòng)和定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)步態(tài)，對(duì)四足和六足步行機(jī)器人分別進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，比較了理論值和實(shí)驗(yàn)值之間的差距。多足步行機(jī)器人實(shí)地步行實(shí)驗(yàn)證明，上面講述的運(yùn)動(dòng)學(xué)、步態(tài)規(guī)劃和控制系統(tǒng)的可靠性和有效性