雙足有膝關(guān)節(jié)被動機器人運動特性及控制策略研究.pdf

1、被動動力行走是機器人領(lǐng)域一個重要的研究方向,重點是對步行機理、步態(tài)特性的分析,同時結(jié)合其行走步態(tài)高效、穩(wěn)定、自然、柔順的優(yōu)勢,在對機器人自身結(jié)構(gòu)及動力學(xué)優(yōu)勢充分發(fā)掘的基礎(chǔ)上,為機器人樣機的建造和推進(jìn)實用化提供新的思路。本文將建立雙足有膝關(guān)節(jié)機器人動力學(xué)模型,并圍繞軌道穩(wěn)定性和全局穩(wěn)定性分析被動機器人的步態(tài)特性,進(jìn)一步了解被動行走本質(zhì)。同時為提高機器人適應(yīng)能力,提出基于強化學(xué)習(xí)的被動行走自適應(yīng)控制策略,并通過仿真和樣機實驗驗證控制策略的有

2、效性。
　　首先,在對被動機器人模型演化過程和直腿點足模型運動特點分析的基礎(chǔ)上,建立一種帶膝關(guān)節(jié)點足簡化模型。結(jié)合人類行走特點對模型進(jìn)行步態(tài)劃分,通過理想化假設(shè),采用 Lagrange方程和角動量守恒推導(dǎo)擺動階段和碰撞階段的動力學(xué)方程,并給出數(shù)值仿真流程。
　　在此基礎(chǔ)上,建立混合系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型,基于龐加萊映射原理,采用牛頓-拉普森迭代法求解不動點,分析步態(tài)誤差同F(xiàn)loquet乘數(shù)關(guān)系;以求得不動點為初值,深入分析穩(wěn)定被動動力

3、行走步態(tài)特性。利用胞映射法,求解膝關(guān)節(jié)模型行走步態(tài)收斂域范圍,并改變胞元密度以觀察步態(tài)收斂域變化。
　　針對純被動模型步態(tài)收斂域范圍小、穩(wěn)定性差的缺陷,在保證純被動行走優(yōu)勢的前提下,在髖關(guān)節(jié)添加PD控制使之成為準(zhǔn)被動形式,并分析控制器參數(shù)變化對行走步態(tài)產(chǎn)生的影響。為模擬控制器效果,在Adams環(huán)境下建立模型進(jìn)行動力學(xué)仿真,并對仿真結(jié)果進(jìn)行分析。
　　然后,在以PD控制作為底層控制的基礎(chǔ)上,建立基于CMAC網(wǎng)絡(luò)的Sarsa(λ