六足機(jī)器人容錯(cuò)性能及容錯(cuò)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃.pdf

1、目前，六足機(jī)器人以其對(duì)地形的適應(yīng)能力、較低的能量消耗、良好的運(yùn)動(dòng)性能和冗余容錯(cuò)特性，在地外探測(cè)和核電救災(zāi)等場(chǎng)合得到了廣泛的應(yīng)用。在惡劣環(huán)境中，機(jī)器人機(jī)械和電子零件難免會(huì)出現(xiàn)故障，但由于遠(yuǎn)程作業(yè)，操作人員不能及時(shí)對(duì)故障機(jī)器人進(jìn)行修復(fù)，這就使得機(jī)器人的容錯(cuò)控制規(guī)劃非常必要。本文從機(jī)器人故障后剩余運(yùn)動(dòng)能力、故障后工作空間、仿生容錯(cuò)步態(tài)和容錯(cuò)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃四個(gè)方面進(jìn)行研究，并在六足章魚(yú)機(jī)器人樣機(jī)上進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)，具體內(nèi)容如下：
　　1.根據(jù)機(jī)構(gòu)輸

2、入輸出關(guān)聯(lián)關(guān)系和GF集理論，對(duì)故障后的并聯(lián)腿和機(jī)器人剩余運(yùn)動(dòng)能力進(jìn)行研究。并提出一種新的剩余運(yùn)動(dòng)能力評(píng)價(jià)指標(biāo)：容錯(cuò)度，即機(jī)構(gòu)的主動(dòng)驅(qū)動(dòng)個(gè)數(shù)和機(jī)構(gòu)末端特征GF集非零元素個(gè)之和的數(shù)值在故障后與故障前數(shù)值的比。用0到1之間的數(shù)值直觀的描述了機(jī)構(gòu)受故障支鏈所約束的運(yùn)動(dòng)能力和特性。
　　2.利用等效軸角方法描述了機(jī)器人的的旋轉(zhuǎn)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(xiàn)的奇異問(wèn)題。并且在搜索機(jī)器人姿態(tài)空間時(shí)，等效軸角法

3、容易對(duì)空間進(jìn)行劃分。在此基礎(chǔ)上，建立了故障后工作空間的求解和描述方法，對(duì)機(jī)器人的剩余運(yùn)動(dòng)范圍和旋轉(zhuǎn)能力進(jìn)行較為直觀的描述。
　　3.選擇螃蟹作為仿生對(duì)象，通過(guò)對(duì)一系列容錯(cuò)行走實(shí)驗(yàn)，總結(jié)出螃蟹在缺失肢體行走時(shí)的三種容錯(cuò)策略。結(jié)合六足機(jī)器人自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，得到基于仿生學(xué)的3-2容錯(cuò)步態(tài)。在確定了步態(tài)基本參數(shù)后，對(duì)每條并聯(lián)腿的落腳點(diǎn)進(jìn)行規(guī)劃得到機(jī)器人連續(xù)靜態(tài)步態(tài)；保留原始落腳點(diǎn)不變，對(duì)機(jī)器人ZMP點(diǎn)軌跡進(jìn)行規(guī)劃繼而得到機(jī)器人連續(xù)動(dòng)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(jī)器人容錯(cuò)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法。這種方法基于并聯(lián)腿和機(jī)器人的剩余運(yùn)動(dòng)能力分析，利用故障腿上功能正常的驅(qū)動(dòng)，犧牲伴隨運(yùn)動(dòng)來(lái)達(dá)到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)的目的。機(jī)器人可以像受傷的動(dòng)物一樣搖晃著身體蹣跚行走。機(jī)器人保留了當(dāng)前最大運(yùn)動(dòng)能力、維持較快速度的同時(shí)，保證負(fù)載的安全。這種容錯(cuò)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法能夠大大增加六足機(jī)器人的容錯(cuò)性能，也提高了其對(duì)惡劣環(huán)境的適應(yīng)能力。通過(guò)六足機(jī)器人樣機(jī)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證了