四足步行機器人建模與控制方法.pdf

1、目前國內(nèi)外對四足步行機器人的研究已取得了一系列的重要進展，但距離實用還有一段距離。過去幾十年，從生物運動得到靈感而研制了大量的腿結(jié)構(gòu)機器人。采用靜態(tài)步行步態(tài)的四足機器人很多，但是這些機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器人的工程實際應(yīng)用。近年來，研究人員也研制了一些動態(tài)步行的四足機器人，然而，這些機器人都缺少生物運動的基本特征：高層控制，因此，產(chǎn)生的動態(tài)步態(tài)在研究高速機動時具有局限性。

2、 本文首先進行步行機器人的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，建立機器人運動學(xué)、動力學(xué)模型。然后，針對四足機器人靜、動態(tài)步行的特點，設(shè)計基于分級控制技術(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。最終實現(xiàn)四足步行機器人在不平整地面上全方位靜態(tài)步態(tài)的自動生成。 四足機器人動態(tài)步行時，將其簡化為彈簧負載倒立擺模型進行動力特性分析，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現(xiàn)步行控制。設(shè)計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，可以進一步實施機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動。 文中的四足步行機器人能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的周期運動，速度可達每秒1/4-1/2身