氣動肌肉四足機器人機構(gòu)建模與運動控制.pdf

1、氣動肌肉作為一種新型的具有仿生物肌肉特性的驅(qū)動器，正越來越多的被應(yīng)用到足式機器人的研究中。本文在總結(jié)現(xiàn)有四足機器人機構(gòu)的基礎(chǔ)上，從仿生的角度出發(fā)，設(shè)計了一款氣動肌肉驅(qū)動的四足機器人，并對其運動控制進行了研究。
　　首先，在分析了自然界中四足生物關(guān)節(jié)配置形式的基礎(chǔ)上，選擇四足哺乳動物作為仿生對象，經(jīng)過對腿部關(guān)節(jié)數(shù)目以及自由度進行適當(dāng)簡化，確定了機器人最終的關(guān)節(jié)配置形式；以德國牧羊犬的部分體形參數(shù)為參考，設(shè)計了兩個拮抗式氣動肌肉關(guān)節(jié)串

2、聯(lián)的二自由度腿部機構(gòu)，并利用SolidWorks軟件完成了機器人三維模型的整機裝配；通過分析氣動肌肉預(yù)收縮量與關(guān)節(jié)最大擺角的關(guān)系，對氣動肌肉進行了選型；設(shè)計了機器人的控制系統(tǒng)，選取了系統(tǒng)的控制元件；對旋轉(zhuǎn)電位器進行了標定實驗，擬合得到其輸出電壓與轉(zhuǎn)動角度的關(guān)系曲線。
　　然后，建立了氣動肌肉四足機器人單關(guān)節(jié)及單腿的拉格朗日動力學(xué)模型；設(shè)計了單關(guān)節(jié)及單腿的PID控制算法和滑模變結(jié)構(gòu)控制(SMC)算法，利用MATLAB/Simulin

3、k分別搭建了仿真平臺，并進行了單關(guān)節(jié)擺角的階躍響應(yīng)仿真、曲線跟蹤仿真以及單腿擺動的曲線跟蹤仿真；利用C++實現(xiàn)了PID控制和SMC控制算法，并開發(fā)了單關(guān)節(jié)及單腿擺動控制的VC++界面，進行了單關(guān)節(jié)擺角的階躍響應(yīng)實驗、曲線跟蹤實驗以及單腿的曲線跟蹤實驗，并對相關(guān)實驗結(jié)果進行了對比。
　　最后，選用全肘式關(guān)節(jié)配置形式，制作了氣動肌肉四足機器人樣機，搭建了步態(tài)實驗平臺；設(shè)計了對角步態(tài)(trot)各關(guān)節(jié)的驅(qū)動函數(shù)，進行了機器人的步態(tài)實驗。