蛇形機器人的動力學建模與控制方法研究.pdf

1、蛇形機器人作為仿生機器人的一種，在災害救援、地形勘察、微型手術、宇航探測等方面有著很重要的作用。要實現(xiàn)上述功能要求蛇形機器人具有三維運動能力并確保準確性、高效性以及自適應性。因此，對蛇形機器人進行準確的三維運動學與三維動力學建模以及智能高效精確的控制是必要的。本文主要研究內容如下:
　　1、本文依據(jù)正交關節(jié)蛇形機器人的特點，采用D-H法對蛇形機器人抽象出的連桿機構進行分析列式，而后根據(jù)空間中連桿的完整約束關系列出完整約束方程并對公

2、式進行整合，實現(xiàn)了運動學模型的建立。
　　2、針對建立蛇形機器人動力學模型時需分析所受外力的問題，首次提出了三維空間中的廣義摩擦力模型。該模型不僅實現(xiàn)了二維地面摩擦力與重力的統(tǒng)一表達，而且還可以實時對每個關節(jié)所受外力情況進行選擇，為搭建三維動力學模型奠定了基礎。
　　3、針對蛇形機器人的建模問題，構造三維動力學模型，利用牛頓-歐拉法結合力學原理，對蛇形機器人的受力與運動進行了分析和表達，得到了三維動力學模型，通過對動力學方程

3、的解耦操作實現(xiàn)了可驅動部分和不可驅動部分的分離，最終將動力學方程變換為仿射線性化形式。最后，利用ADAMS和MATLAB對蜿蜒步態(tài)以及側向蜿蜒步態(tài)進行仿真模擬，驗證了模型的有效性。
　　4、本文基于確定學習方法，對蛇形機器人進行軌跡跟蹤控制。不僅實現(xiàn)了蛇形機器人的精確軌跡跟蹤，提高了系統(tǒng)在不確定環(huán)境中的穩(wěn)定性，而且還學習到了蛇形機器人的未知動態(tài)，在進行相似或相近任務時，不需要重新學習，只需利用之前學習到的知識進行控制即可，極大的提