基于阻抗控制的四足仿生機器人穩(wěn)定步態(tài)理論及實驗研究.pdf

1、隨著人類對未知環(huán)境的不斷探索，現(xiàn)有運輸設(shè)備在非規(guī)則路面行進時日漸顯露出缺點。因此，各國學(xué)者逐漸重視設(shè)計并制造一臺具備四足動物在自然環(huán)境中同樣行進能力的機器人。和輪式運輸設(shè)備相比，四足仿生機器人在崎嶇路面和松軟地面行進具有很大優(yōu)越性，是近年來機器人領(lǐng)域研究的熱點之一。本文的研究對象是四足仿生步行機器人，主要內(nèi)容為分析和研究影響四足機器人行走過程穩(wěn)定性的因素，可分為機器人的運動學(xué)與行走穩(wěn)定性分析、步態(tài)規(guī)劃和足端與環(huán)境接觸力控制等幾個方面。<

2、br>　　運動學(xué)分析對四足機器人的步態(tài)擬定、運動參數(shù)選擇乃至行走控制都具有重要作用，且一般具有在線實時性要求，建立簡單且有效的運動學(xué)模型對機器人的運動控制具有重要意義。因此，本文首先對四足機器人進行了運動學(xué)分析。同時，本文從重心穩(wěn)定性和機身平衡兩個方面來分析機器人的行走穩(wěn)定性問題，建立了支撐面壓力中心坐標(biāo)方程和四足機器人力學(xué)模型，并提出衡量重心穩(wěn)定性的定量指標(biāo)。
　　作為一種仿生機器人，四足機器人行走時要盡量符合自然界中四足動物運

3、動的普遍規(guī)律，合理的步態(tài)擬定可以提高機器人的運動能力，同時降低機器人平衡的控制難度。通過對四足動物運動規(guī)律的分析，本文以穩(wěn)定行走為目標(biāo)，對所研究的四足機器人運動步態(tài)進行規(guī)劃，同時對機器人在平整堅實路面下以兩種不同步態(tài)行走時的情況進行仿真研究，并對比了二者在穩(wěn)定裕度和機身運動柔順性方面的差別，為機器人行走實驗提供理論依據(jù)。
　　四足機器人行走過程中的穩(wěn)定性不僅與穩(wěn)定裕度有關(guān)系，還與足端接觸力有著密切的聯(lián)系。此外，僅采用位置控制也無法

4、滿足腿部運動柔順性對足力的要求。因此，有必要研究足式機器人行走過程中的足力控制方法。論文采用阻抗控制方法對四足機器人足力進行控制，運用仿真手段對機器人行走過程中的足力變化進行分析，同時采用間接自適應(yīng)阻抗控制方法消除了接觸力的穩(wěn)態(tài)誤差，并研究了環(huán)境剛度變化時以及存在力傳感器量測噪聲時機器人足力的變化情況，完成了具有較高實時性和可行性的控制器設(shè)計。
　　本文同時完成了四足機器人控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計和軟件設(shè)計，并搭建實驗平臺，驗證了所規(guī)