四足仿生機(jī)器人對(duì)角小跑步態(tài)解耦控制方法研究.pdf

1、機(jī)器人技術(shù)是目前發(fā)展最為迅速的前沿科技之一，尤其是近幾年，各式各樣的機(jī)器人已經(jīng)逐漸走進(jìn)人們的日常生活中，在日常清潔、商場(chǎng)導(dǎo)購(gòu)、醫(yī)療、軍工、娛樂(lè)等方面都得到了廣泛的應(yīng)用。相對(duì)于日益壯大的機(jī)器人市場(chǎng)需求，目前的機(jī)器人技術(shù)還不夠成熟，尤其是足式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，其進(jìn)一步實(shí)用化的關(guān)鍵性技術(shù)還有待進(jìn)一步突破。
　　四足機(jī)器人是非常復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)，對(duì)其整體的運(yùn)動(dòng)控制也是比較困難的。本人針對(duì)四足機(jī)器人對(duì)角小跑步態(tài)的解耦控制方法進(jìn)行研究，由于直

2、接針對(duì)四足機(jī)器人研究比較困難，而雙足步行運(yùn)動(dòng)和四足對(duì)角步態(tài)運(yùn)動(dòng)同樣都是由兩組腿的周期性切換來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)，因此本文從雙足機(jī)器人步行解耦控制方法開(kāi)始研究，并逐步將其控制方法推廣到四足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制中。主要包括機(jī)器人單腿模型簡(jiǎn)化、整體建模、雙足解耦控制方法分析、四足機(jī)器人解耦控制、力矩分配、力矩約束等各個(gè)方面的內(nèi)容。論文主要取得了以下幾個(gè)方面的成果：
　　1、對(duì)足式機(jī)器人單腿結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化。將關(guān)節(jié)型單腿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為伸縮型單腿結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)

3、從運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)角度說(shuō)明二者的等效性，降低了模型的復(fù)雜度，有利于對(duì)機(jī)器人模型的整體運(yùn)動(dòng)特性分析。
　　2、研究平面雙足機(jī)器人步行解耦控制方法。將雙足機(jī)器人俯仰角、質(zhì)心高度和前向速度分別通過(guò)三個(gè)獨(dú)立的通道來(lái)進(jìn)行控制。并基于 simmechanics仿真平臺(tái)搭建了雙足機(jī)器人仿真模型，對(duì)解耦控制方法進(jìn)行仿真驗(yàn)證。
　　3、提出了四足機(jī)器人對(duì)角步態(tài)解耦控制方法。首先將雙足機(jī)器人解耦控制方法推廣到多連桿平面模型解耦控制，并結(jié)合多連桿結(jié)

4、構(gòu)自身的特點(diǎn)，引入了力跟蹤阻抗控制方法來(lái)控制機(jī)器人整體ZMP的位置，而后將控制方法應(yīng)用于四足機(jī)器人對(duì)角步態(tài)中，實(shí)現(xiàn)了四足機(jī)器人對(duì)角步態(tài)解耦控制，并通過(guò)仿真驗(yàn)證，取得了很好的控制效果。
　　4、提出了使足端發(fā)生滑動(dòng)的可能性最小的力矩分配方法?？紤]到在實(shí)際系統(tǒng)中，機(jī)器人足端力受摩擦錐約束，為盡量避免足端發(fā)生滑動(dòng)，以使足端發(fā)生滑動(dòng)的可能性最小為優(yōu)化指標(biāo)，對(duì)關(guān)節(jié)力矩進(jìn)行分配，并將摩擦錐約束直接作用于關(guān)節(jié)力矩，對(duì)力矩進(jìn)行限幅，以最大限度的避