本文選題：雙足機(jī)器人　切入點(diǎn)：動(dòng)態(tài)步行　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：雙足機(jī)器人是機(jī)器人技術(shù)發(fā)展過(guò)程中的一個(gè)重要分支,因其具有擬人特性,且具備在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中運(yùn)動(dòng)的能力,一直以來(lái)都被視作未來(lái)人類生活的重要參與者。近年來(lái)隨著波士頓動(dòng)力公司最新一代Atlas雙足機(jī)器人的問(wèn)世,雙足機(jī)器人發(fā)展已經(jīng)邁入了具備應(yīng)對(duì)不同地形能力,實(shí)現(xiàn)多重工作任務(wù)的嶄新紀(jì)元,在此領(lǐng)域,我國(guó)與世界先進(jìn)水平尚有較大差距。生物學(xué)研究表明,足式動(dòng)物適應(yīng)不同地形,處理不同任務(wù)的能力與腿部阻抗參數(shù)息息相關(guān)。因此本文將針對(duì)雙足機(jī)器人地形適應(yīng)能力不足的問(wèn)題,以頂層控制算法為研究對(duì)象,從改變系統(tǒng)阻抗特性的思路出發(fā),切實(shí)提高雙足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能。本文以足式生物下肢為參考對(duì)象,秉承輕量化和緊湊型要求,建立液壓驅(qū)動(dòng)雙足機(jī)器人樣機(jī)模型,為后續(xù)研究工作奠定基礎(chǔ)。運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系是機(jī)器人連桿運(yùn)動(dòng)與關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)之間的紐帶,本文針對(duì)傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析方法的不足,采用浮體運(yùn)動(dòng)學(xué)方法對(duì)雙足機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,建立連桿運(yùn)動(dòng)與關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)之間的映射關(guān)系。在此基礎(chǔ)上,采用參數(shù)化方法對(duì)機(jī)器人髖關(guān)節(jié)及足端軌跡進(jìn)行合理規(guī)劃,并應(yīng)用逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方法將其映射到關(guān)節(jié)空間,作為雙足機(jī)器人控制器的輸入信號(hào)。雙足機(jī)器人系統(tǒng)是一個(gè)多變量、強(qiáng)耦合、非線性和自然不穩(wěn)定的系統(tǒng),具有時(shí)變的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),且足端接觸力在運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)時(shí)刻變化,其系統(tǒng)特性決定了機(jī)器人的控制難度。為提高控制器的性能和消除系統(tǒng)的非線性,針對(duì)不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),采用拉格朗日動(dòng)力學(xué)方法建立了相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)模型,建立起關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)與關(guān)節(jié)力矩之間的關(guān)系,并對(duì)足地碰撞過(guò)程對(duì)系統(tǒng)特性產(chǎn)生的影響進(jìn)行了理論分析。阻抗控制是改變機(jī)器人系統(tǒng)阻抗特性的重要方法之一,針對(duì)基于位置的阻抗控制方法和基于力的阻抗控制方法特性不明的問(wèn)題,本文采用理論推導(dǎo)和仿真驗(yàn)證相結(jié)合的方式對(duì)兩種控制方法的特點(diǎn)和適用環(huán)境進(jìn)行了說(shuō)明,并采用狀態(tài)空間方法對(duì)阻抗控制方法的控制特性進(jìn)行了闡述。通過(guò)對(duì)比,本文選擇基于力的阻抗控制方法。為驗(yàn)證主動(dòng)阻抗控制方法的有效性,建立單足機(jī)器人Simulink-ADAMS聯(lián)合仿真模型,并進(jìn)行自由空間跟隨、非線性及線性彈簧模擬以及主動(dòng)彈跳仿真,仿真結(jié)果驗(yàn)證了該方法在調(diào)節(jié)系統(tǒng)阻抗方面的有效性。為說(shuō)明阻抗控制方法對(duì)提高雙足機(jī)器人性能的有效性,本文分別采用基于逆動(dòng)力學(xué)模型的計(jì)算力矩控制方法和基于虛擬模型的主動(dòng)阻抗控制方法對(duì)機(jī)器人進(jìn)行控制。計(jì)算力矩控制方法屬于傳統(tǒng)的基于模型的控制算法,利用反饋線性化消除系統(tǒng)非線性,通過(guò)復(fù)現(xiàn)關(guān)節(jié)軌跡實(shí)現(xiàn)行走。本文提出的控制算法采用虛擬模型控制和基于力的阻抗控制相結(jié)合的方式,虛擬模型控制方法主要用于機(jī)器人支撐腿的控制,基于力的阻抗控制方法則側(cè)重于擺動(dòng)腿的控制。建立聯(lián)合仿真模型,進(jìn)行平坦路面行走、不同剛度路面行走以及不平路面行走等仿真實(shí)驗(yàn),仿真結(jié)果表明,相較于計(jì)算力矩控制方法,虛擬模型控制和基于力的阻抗控制相結(jié)合的控制算法切實(shí)提高了機(jī)器人適應(yīng)不同路面以及處理未知環(huán)境障礙的能力。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP242

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前5條

1 侯月陽(yáng);撓性驅(qū)動(dòng)單元及其在仿人雙足步行機(jī)器人應(yīng)用研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

2 蔣振宇;基于SLIP模型的四足機(jī)器人對(duì)角小跑步態(tài)控制研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

3 于海濤;基于SLIP歸約模型的足式機(jī)器人動(dòng)步態(tài)控制研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

4 王鑫;類豹型四足機(jī)器人高速運(yùn)動(dòng)及其控制方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

5 彭勝軍;雙足機(jī)器人跑步運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性分析與協(xié)調(diào)控制技術(shù)研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前8條

1 丁慶鵬;基于阻抗控制的四足仿生機(jī)器人穩(wěn)定步態(tài)理論及實(shí)驗(yàn)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

2 吳坤坤;液壓驅(qū)動(dòng)雙足機(jī)器人動(dòng)步態(tài)行走研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

3 雷昱;基于SEA的雙足機(jī)器人變剛度虛擬腿研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

4 邴振山;面向高速奔跑足式機(jī)器人關(guān)節(jié)腿結(jié)構(gòu)與變阻抗控制研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

5 賈王強(qiáng);基于SEA的足式機(jī)器人單腿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

6 楊嘉偉;液壓機(jī)器人關(guān)節(jié)柔順控制的研究與實(shí)現(xiàn)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

7 雷豹;具有柔性回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的單腿機(jī)器人跳躍運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

8 史耀強(qiáng);雙足機(jī)器人步行仿真與實(shí)驗(yàn)研究[D];上海交通大學(xué);2008年

，

本文編號(hào)：1563005