腿式機器人分布式控制系統(tǒng)與運動優(yōu)化.pdf

1、腿式機器人是機器人研究領(lǐng)域的重要分支，它具有生物腿的形態(tài)特征，對崎嶇地形、復(fù)雜環(huán)境具有良好的適應(yīng)能力，因此長期以來一直是機器人研究領(lǐng)域的熱點。近年來，新的驅(qū)動方法和控制方法推動腿式機器人取得了巨大進步。本文針對基于串聯(lián)彈性驅(qū)動器（Series Elastic Actuator，簡稱SEA）驅(qū)動的腿式機器人設(shè)計了分布式的運動控制系統(tǒng);為了合理利用機器人系統(tǒng)不同組成部分之間的內(nèi)部作用力，將腿式機器人行走運動規(guī)劃問題定義成運動協(xié)調(diào)問題，以平面

2、五連桿雙腿機器人作為研究對象，提出了協(xié)調(diào)的運動軌跡的最優(yōu)化求解算法。
　　本文的研究內(nèi)容與成果分為如下三個部分:
　　1.開發(fā)了SEA腿式機器人分布式運動控制系統(tǒng)。采用模型驅(qū)動(Model DrivenArchitecture，簡稱MDA)方法設(shè)計了SEA腿式機器人分布式運動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了1KHz的伺服控制，實際應(yīng)用驗證了該系統(tǒng)在SEA單腿機器人上運行良好。
　　2.提出了腿式機器人運動優(yōu)化方法。采用拉格朗日動力學(xué)方

3、程對平面五連桿雙腿機器人建模，綜合考慮能效和姿態(tài)設(shè)計目標函數(shù)，通過Raleigh-Ritz法將變分問題轉(zhuǎn)化為非線性規(guī)劃問題，通過分析目標函數(shù)及其梯度函數(shù)，將積分運算轉(zhuǎn)化為向量運算，設(shè)計了計算目標函數(shù)值與梯度值的快速算法，最后采用非線性規(guī)劃問題求解器獲得腿式機器人行走中關(guān)節(jié)的最優(yōu)軌跡;
　　3.開展了腿式機器人腿部協(xié)調(diào)運動實驗分析。以最優(yōu)軌跡作為運動控制的參考軌跡，通過Adams與Matlab聯(lián)合仿真實驗，觀察到經(jīng)過運動優(yōu)化的機器人