小型仿人機器人行走碰撞動力學(xué)建模及補償控制策略研究.pdf

1、仿人機器人是當(dāng)前國內(nèi)外機器人領(lǐng)域的研究熱點，實現(xiàn)仿人穩(wěn)定行走是仿人機器人研究中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。針對仿人機器人行走過程中，擺動腳落地碰撞影響機器人穩(wěn)定行走的關(guān)鍵難題，本論文以BJHR-Ⅰ樣機為基礎(chǔ)，開展了碰撞動力學(xué)建模、落地碰撞補償控制策略研究。具體研究工作如下：
　　(1)簡化樣機結(jié)構(gòu)，減輕樣機重量，改進下肢結(jié)構(gòu)，改進了小型仿人機器人樣機本體，實現(xiàn)了基本步行功能；在下肢髖、膝、踝三個前擺關(guān)節(jié)處安裝關(guān)節(jié)位置傳感器，實現(xiàn)對關(guān)節(jié)角度的檢測：

2、在腳底板處安裝應(yīng)變式壓力傳感器，測量腳底地面反力。
　　(2)抽象簡化樣機下肢為七桿模型機構(gòu)；基于第二類拉格朗日方程，建立了仿人機器人碰撞動力學(xué)隱式方程和顯式方程。運用Matlab軟件，將機器人樣機步態(tài)參數(shù)代入顯式方程，計算得到行走過程中的速度、動能、行走碰撞力的理論值，并與Adams仿真軟件進行參數(shù)對比，證明了所建立碰撞動力學(xué)模型正確。
　　(3)研究了落地碰撞補償控制策略，提出并設(shè)計了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的粒子群算法的關(guān)節(jié)補

3、償控制器。以碰撞力誤差和擺動腳距地面高度誤差作為控制器輸入，通過粒子群算法優(yōu)化BP網(wǎng)絡(luò)的權(quán)閾值，并按照所設(shè)計的關(guān)節(jié)角度補償控制規(guī)則，優(yōu)化計算得到補償后的關(guān)節(jié)角度值，實現(xiàn)對下肢三個前擺關(guān)節(jié)角度的碰撞補償控制。
　　(4)樣機實驗結(jié)果證明：樣機本體改進有效；所設(shè)計仿人機器人行走碰撞補償控制策略可有效減小擺動腿落地時所產(chǎn)生的沖擊力，關(guān)節(jié)碰撞補償控制器在一定程度上減弱了由于落地沖擊所帶來的樣機關(guān)節(jié)角度的變化；達(dá)到了減小落地碰撞力的目的，樣