液壓驅(qū)動四足機器人柔順及力控制方法的研究與實現(xiàn).pdf

1、制造出人工的、擁有腿足結(jié)構(gòu)的、類似于動物的智慧代步機械，比肩造物主，一直是人類從古至今從未間斷過的夢想，這一夢想持續(xù)的時間恐怕比人類翱翔于藍天的夢想還要長。BigDog的出現(xiàn)猶如一針興奮劑，在全世界范圍內(nèi)掀起了一股四足機器人研究的熱潮。然而，在現(xiàn)今的科技水平下，人類能夠制造出怎樣的腿足移動機械，這些腿足機械又能夠幫助人類發(fā)現(xiàn)什么或者完成什么工作呢？這些腿足式的移動機械與我們現(xiàn)有的車輛等運輸工具相比，又有哪些優(yōu)勢呢？
　　面對這一課

2、題的挑戰(zhàn)，我們設(shè)計并研制成功了SCalf液壓驅(qū)動四足機器人。本文針對SCalf研制過程中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、柔順控制方法設(shè)計與實現(xiàn)以及基于平面模型的跳躍控制三個方面展開論述，主要內(nèi)容如下:
　　1、針對SCalf機器人本體各個子系統(tǒng)的分布特點，設(shè)計了具有雙CAN總線的集中式控制系統(tǒng)，并進行了工程實現(xiàn)工作;隨后以提高伺服帶寬、實現(xiàn)關(guān)節(jié)力矩控制為目標(biāo)，在原有集中控制的基礎(chǔ)上，對伺服系統(tǒng)進行了分布式、數(shù)字化改造，同時設(shè)計了基于該系統(tǒng)的分布式

3、控制方法;基于上述分布式系統(tǒng)中的單腿伺服控制器，設(shè)計并實現(xiàn)了面向力控制的單腿測試平臺。
　　2、基于牛頓-歐拉方法建立單腿系統(tǒng)的動基座動力學(xué)模型;設(shè)計開發(fā)了基于足底力檢測與關(guān)節(jié)位置控制的足端阻抗柔順控制方法、基于足底力推算與關(guān)節(jié)位置控制的足端阻抗柔順控制方法、基于虛擬模型及關(guān)節(jié)力控制的足端柔順控制方法，完成仿真分析及實驗驗證，并應(yīng)用于SCalf-Ⅱ平臺上崎嶇地形行走控制中。
　　3、基于虛擬模型控制與能量規(guī)劃的方法，對以tr

4、ot步態(tài)運動的機器人奔跑及跳躍控制進行了研究，并在虛擬物理環(huán)境中進行了仿真實驗;通過對機器人軀干姿態(tài)的檢測，增強了該方法對崎嶇地形的適應(yīng)能力;在文中所提方法的假設(shè)條件不滿足的情況下，對該方法的魯棒性進行了實驗與分析。
　　通過以上的研究，本文的研究成果如下:
　　1、設(shè)計并實現(xiàn)了基于雙CAN總線的液壓四足機器人集中式控制系統(tǒng)，并在其基礎(chǔ)上首次在液壓驅(qū)動大型四足機器人上實現(xiàn)了基于現(xiàn)場總線與單腿伺服控制器的分布式控制系統(tǒng)，并提出

5、了適合四足機器人的分布式控制構(gòu)架。
　　2、搭建了室內(nèi)液壓驅(qū)動的平面單腿測試平臺，開展了面向全力矩控制的單腿運動實驗以及足地交互效果實驗。
　　3、基于牛頓-歐拉方法建立了單腿動基座動力學(xué)模型，以此為基礎(chǔ)進行了基于足底力檢測、足底力推算以及虛擬模型的腿足柔順控制實驗，提出了適合SCalf-Ⅱ型四足機器人的柔順控制方法，并應(yīng)用于SCalf-Ⅱ平臺上崎嶇地形行走控制中，效果良好。
　　4、提出了基于虛擬模型及能量規(guī)劃的四足