【摘要】：隨著社會的發(fā)展和科技的進步,人們對于機器人的要求不斷提高。從最原始的人工移動機器人,到現(xiàn)在的復雜惡劣環(huán)境作業(yè)機器人,機器人的運動性能是迫切需要提高的部分。相較輪式和履帶式機器人,六足機器人在運動范圍、運動靈活性、對環(huán)境的適應性等方面都更勝一籌。但是由于六足機器人足的數(shù)目眾多,對其進行運動控制難度較大,因此有必要對六足機器人的自身特性和運動控制方法進行重點研究。本課題以六足機器人為研究對象,主要研究其站立姿態(tài)及位姿控制策略,以期提高六足機器人的運動性能。首先以課題組自主研制的六足機器人HITCR為研究對象,進行了運動學分析。推導了單腿正、逆運動學方程,修正了由于機器人球形足端結構帶來的運動學偏差,通過仿真驗證了修正后運動學方程的正確性。推導了軀干正、逆運動學方程,通過繪制軀干工作空間驗證了六足機器人軀干運動學的正確性。接下來對六足機器人HITCR的站立姿態(tài)進行了研究。基于機器人站立時的腿部靜力平衡分析,獲得了關節(jié)力矩與關節(jié)角度之間的關系,用以衡量不同站立姿態(tài)對關節(jié)力矩的影響;以六足機器人腿部末端可操縱性為評價指標,得出了腿部末端可操縱性因子與關節(jié)角度之間的關系,用以衡量不同站立姿態(tài)對機器人腿部靈活性的影響。綜合考慮上述兩方面,最終為六足機器人HITCR確定出了較為合理的站立姿態(tài)。為了提高六足機器人的步行穩(wěn)定性和對崎嶇地形的適應性,推導了六足機器人的動力學方程,結合機器人的靜力平衡分析及足端摩擦約束關系,建立了以電機消耗的總功率為優(yōu)化目標的足力分配優(yōu)化模型。利用牛頓內點法對上述足力分配模型進行了優(yōu)化求解。通過仿真算例,證明了本文設計的足力分配優(yōu)化算法能夠減小系統(tǒng)能耗。在此基礎上,結合阻抗控制實現(xiàn)了對相應足力的有效調節(jié),從而達到了調整六足機器人位姿的目的。最后,為了說明本文所設計的足力分配算法的可行性,進行了仿真及實物實驗。搭建和調試了六足機器人HITCR軟件仿真系統(tǒng)。利用仿真平臺完成了水平及傾斜地面實驗,獲得了機器人足力跟蹤結果。利用六足機器人HITCR進行了實物實驗,獲得的實驗結果與仿真結果基本吻合,從而驗證了本文中所設計的足力分配算法在實際機器人系統(tǒng)中的可行性。
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【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP242

【參考文獻】

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本文編號：2467226