六足機器人容錯性能及容錯運動規(guī)劃.pdf

1、目前，六足機器人以其對地形的適應能力、較低的能量消耗、良好的運動性能和冗余容錯特性，在地外探測和核電救災等場合得到了廣泛的應用。在惡劣環(huán)境中，機器人機械和電子零件難免會出現故障，但由于遠程作業(yè)，操作人員不能及時對故障機器人進行修復，這就使得機器人的容錯控制規(guī)劃非常必要。本文從機器人故障后剩余運動能力、故障后工作空間、仿生容錯步態(tài)和容錯運動規(guī)劃四個方面進行研究，并在六足章魚機器人樣機上進行大量實驗，具體內容如下：
　　1.根據機構輸

2、入輸出關聯關系和GF集理論，對故障后的并聯腿和機器人剩余運動能力進行研究。并提出一種新的剩余運動能力評價指標：容錯度，即機構的主動驅動個數和機構末端特征GF集非零元素個之和的數值在故障后與故障前數值的比。用0到1之間的數值直觀的描述了機構受故障支鏈所約束的運動能力和特性。
　　2.利用等效軸角方法描述了機器人的的旋轉能力和定位置姿態(tài)空間。等效軸角方法能夠有效避免歐拉角等方法容易出現的奇異問題。并且在搜索機器人姿態(tài)空間時，等效軸角法

3、容易對空間進行劃分。在此基礎上，建立了故障后工作空間的求解和描述方法，對機器人的剩余運動范圍和旋轉能力進行較為直觀的描述。
　　3.選擇螃蟹作為仿生對象，通過對一系列容錯行走實驗，總結出螃蟹在缺失肢體行走時的三種容錯策略。結合六足機器人自身結構特點，得到基于仿生學的3-2容錯步態(tài)。在確定了步態(tài)基本參數后，對每條并聯腿的落腳點進行規(guī)劃得到機器人連續(xù)靜態(tài)步態(tài)；保留原始落腳點不變，對機器人ZMP點軌跡進行規(guī)劃繼而得到機器人連續(xù)動態(tài)步態(tài)。

4、隨后的仿真和穩(wěn)定性分析都證明了這兩種步態(tài)的有效性。
　　4.提出機器人容錯運動規(guī)劃方法。這種方法基于并聯腿和機器人的剩余運動能力分析，利用故障腿上功能正常的驅動，犧牲伴隨運動來達到實驗設計運動的目的。機器人可以像受傷的動物一樣搖晃著身體蹣跚行走。機器人保留了當前最大運動能力、維持較快速度的同時，保證負載的安全。這種容錯運動規(guī)劃方法能夠大大增加六足機器人的容錯性能，也提高了其對惡劣環(huán)境的適應能力。通過六足機器人樣機實驗，進一步驗證了