基于SEA的雙足機(jī)器人變剛度虛擬腿研究.pdf

1、雙足機(jī)器人關(guān)節(jié)自由度多，有著非常好的靈活性和環(huán)境適應(yīng)能力，能夠在平坦路面、臺階、小障礙地面上行走。彈簧倒立擺模型（SLIP）是研究雙足機(jī)器人行走運(yùn)動的典型理論模型。該模型由兩條線性彈簧腿和上身質(zhì)量組成，其特點(diǎn)是將機(jī)器人的腿部等效為兩個(gè)線性彈簧，并且彈簧的剛度會影響模型行走的穩(wěn)定性。SLIP模型穩(wěn)定行走的必要條件是彈簧腿的剛度必須控制在指定范圍內(nèi)。為了借助SLIP模型來研究機(jī)器人的穩(wěn)定行走，首先需要實(shí)現(xiàn)理論模型到物理樣機(jī)的映射，使物理樣機(jī)

2、能夠?qū)崿F(xiàn)SLIP模型變剛度虛擬腿的特性。本文圍繞雙足機(jī)器人虛擬腿變剛度問題展開研究，目的是實(shí)現(xiàn)物理樣機(jī)的虛擬腿變剛度控制?；诖?，本文完成了平面雙足機(jī)器人下肢機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，提出虛擬腿變剛度控制方法，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了控制方法的可行性。本文完成以下研究內(nèi)容：
　　本文首先分析了典型串聯(lián)彈性驅(qū)動器（SEA）的結(jié)構(gòu)和工作原理，設(shè)計(jì)了新型的串聯(lián)彈性模塊，并完成了平面雙足機(jī)器人下肢機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。機(jī)器人單腿包含膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)屈伸自由度，關(guān)節(jié)的運(yùn)動范圍

3、滿足平面行走的要求。然后進(jìn)行了關(guān)節(jié)運(yùn)動學(xué)分析，得到關(guān)節(jié)角度與液壓缸位移和彈簧壓縮量的關(guān)系，以便運(yùn)動時(shí)對角度的控制?；跈C(jī)器人腿部結(jié)構(gòu)，課題研究了虛擬腿變剛度理論和變剛度控制方法，分析了控制變量對虛擬腿等效剛度的影響，并通過數(shù)值計(jì)算得到了虛擬腿等效剛度的三維曲面圖。然后提出力矩平衡控制法和變剛度曲面擬法兩種方法來實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人虛擬腿的變剛度控制。最后進(jìn)行了虛擬腿變剛度實(shí)驗(yàn)和機(jī)器人行走實(shí)驗(yàn)。虛擬腿變剛度實(shí)驗(yàn)采用兩種控制方法進(jìn)行控制，實(shí)驗(yàn)時(shí)使期