四足步行機(jī)器人建模與控制方法.pdf

1、目前國內(nèi)外對四足步行機(jī)器人的研究已取得了一系列的重要進(jìn)展，但距離實(shí)用還有一段距離。過去幾十年，從生物運(yùn)動得到靈感而研制了大量的腿結(jié)構(gòu)機(jī)器人。采用靜態(tài)步行步態(tài)的四足機(jī)器人很多，但是這些機(jī)器人無一例外速度很慢，并且其重心必須一直處于腳支撐多邊形之內(nèi)，這無疑限制了該類機(jī)器人的工程實(shí)際應(yīng)用。近年來，研究人員也研制了一些動態(tài)步行的四足機(jī)器人，然而，這些機(jī)器人都缺少生物運(yùn)動的基本特征：高層控制，因此，產(chǎn)生的動態(tài)步態(tài)在研究高速機(jī)動時(shí)具有局限性。

2、 本文首先進(jìn)行步行機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，建立機(jī)器人運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)模型。然后，針對四足機(jī)器人靜、動態(tài)步行的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)基于分級控制技術(shù)的控制器，腿原函數(shù)存在于控制器的最低級，以連續(xù)的方式形成第二級的協(xié)調(diào)函數(shù)。協(xié)調(diào)函數(shù)又可以被組合成行為模塊，行為模塊組成控制器的最高級別序列級。最終實(shí)現(xiàn)四足步行機(jī)器人在不平整地面上全方位靜態(tài)步態(tài)的自動生成。 四足機(jī)器人動態(tài)步行時(shí)，將其簡化為彈簧負(fù)載倒立擺模型進(jìn)行動力特性分析，將高層的步行控制任務(wù)分解為

3、對支撐腿和擺動腿的控制，以切換和組合的方式實(shí)現(xiàn)步行控制。設(shè)計(jì)了對角支撐虛擬組件、平緩?fù)蟿犹摂M組件和四足支撐虛擬組件，以基于虛擬模型的直覺控制策略完成了機(jī)器人的小跑動態(tài)步行控制。 除此之外，本文還介紹了四足步行機(jī)器人環(huán)境識別方法。最后，在此基礎(chǔ)上提出了一種避障算法，利用此方法，可以進(jìn)一步實(shí)施機(jī)器人在配置視覺系統(tǒng)和障礙物測距傳感器情形下的自主步行運(yùn)動。 文中的四足步行機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的周期運(yùn)動，速度可達(dá)每秒1/4-1/2身