液壓驅(qū)動(dòng)四足機(jī)器人柔順及力控制方法的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、制造出人工的、擁有腿足結(jié)構(gòu)的、類(lèi)似于動(dòng)物的智慧代步機(jī)械，比肩造物主，一直是人類(lèi)從古至今從未間斷過(guò)的夢(mèng)想，這一夢(mèng)想持續(xù)的時(shí)間恐怕比人類(lèi)翱翔于藍(lán)天的夢(mèng)想還要長(zhǎng)。BigDog的出現(xiàn)猶如一針興奮劑，在全世界范圍內(nèi)掀起了一股四足機(jī)器人研究的熱潮。然而，在現(xiàn)今的科技水平下，人類(lèi)能夠制造出怎樣的腿足移動(dòng)機(jī)械，這些腿足機(jī)械又能夠幫助人類(lèi)發(fā)現(xiàn)什么或者完成什么工作呢？這些腿足式的移動(dòng)機(jī)械與我們現(xiàn)有的車(chē)輛等運(yùn)輸工具相比，又有哪些優(yōu)勢(shì)呢？
　　面對(duì)這一課

2、題的挑戰(zhàn)，我們?cè)O(shè)計(jì)并研制成功了SCalf液壓驅(qū)動(dòng)四足機(jī)器人。本文針對(duì)SCalf研制過(guò)程中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、柔順控制方法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)以及基于平面模型的跳躍控制三個(gè)方面展開(kāi)論述，主要內(nèi)容如下:
　　1、針對(duì)SCalf機(jī)器人本體各個(gè)子系統(tǒng)的分布特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了具有雙CAN總線的集中式控制系統(tǒng)，并進(jìn)行了工程實(shí)現(xiàn)工作;隨后以提高伺服帶寬、實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)力矩控制為目標(biāo)，在原有集中控制的基礎(chǔ)上，對(duì)伺服系統(tǒng)進(jìn)行了分布式、數(shù)字化改造，同時(shí)設(shè)計(jì)了基于該系統(tǒng)的分布式

3、控制方法;基于上述分布式系統(tǒng)中的單腿伺服控制器，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了面向力控制的單腿測(cè)試平臺(tái)。
　　2、基于牛頓-歐拉方法建立單腿系統(tǒng)的動(dòng)基座動(dòng)力學(xué)模型;設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了基于足底力檢測(cè)與關(guān)節(jié)位置控制的足端阻抗柔順控制方法、基于足底力推算與關(guān)節(jié)位置控制的足端阻抗柔順控制方法、基于虛擬模型及關(guān)節(jié)力控制的足端柔順控制方法，完成仿真分析及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并應(yīng)用于SCalf-Ⅱ平臺(tái)上崎嶇地形行走控制中。
　　3、基于虛擬模型控制與能量規(guī)劃的方法，對(duì)以tr

4、ot步態(tài)運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人奔跑及跳躍控制進(jìn)行了研究，并在虛擬物理環(huán)境中進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn);通過(guò)對(duì)機(jī)器人軀干姿態(tài)的檢測(cè)，增強(qiáng)了該方法對(duì)崎嶇地形的適應(yīng)能力;在文中所提方法的假設(shè)條件不滿(mǎn)足的情況下，對(duì)該方法的魯棒性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)與分析。
　　通過(guò)以上的研究，本文的研究成果如下:
　　1、設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于雙CAN總線的液壓四足機(jī)器人集中式控制系統(tǒng)，并在其基礎(chǔ)上首次在液壓驅(qū)動(dòng)大型四足機(jī)器人上實(shí)現(xiàn)了基于現(xiàn)場(chǎng)總線與單腿伺服控制器的分布式控制系統(tǒng)，并提出

5、了適合四足機(jī)器人的分布式控制構(gòu)架。
　　2、搭建了室內(nèi)液壓驅(qū)動(dòng)的平面單腿測(cè)試平臺(tái)，開(kāi)展了面向全力矩控制的單腿運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)以及足地交互效果實(shí)驗(yàn)。
　　3、基于牛頓-歐拉方法建立了單腿動(dòng)基座動(dòng)力學(xué)模型，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行了基于足底力檢測(cè)、足底力推算以及虛擬模型的腿足柔順控制實(shí)驗(yàn)，提出了適合SCalf-Ⅱ型四足機(jī)器人的柔順控制方法，并應(yīng)用于SCalf-Ⅱ平臺(tái)上崎嶇地形行走控制中，效果良好。
　　4、提出了基于虛擬模型及能量規(guī)劃的四足