雙足機器人相比于輪式和履帶式機器人,具有更強的環(huán)境適應性,可以配合或代替人類完成較為復雜和危險的工作,是移動機器人未來發(fā)展的趨勢。然而,行走能效低和穩(wěn)定性差是阻礙雙足機器人實際應用的兩大難題。學者們在行走控制研究的過程中發(fā)現(xiàn)能效和穩(wěn)定性往往互相制約,因此如何在高能效的基礎上實現(xiàn)高穩(wěn)定性的行走成為亟待解決的問題。本文針對這一問題,應用欠驅動行走在能效方面的優(yōu)勢,設計高效的行走步態(tài);并在此基礎上,設計較高自適應性的控制器以提升高能效步態(tài)的穩(wěn)定性。通過理論分析和實驗驗證,為高效行走的實際應用提供支撐。本文所做的工作集中在以下三個方面:首先,為了提高欠驅動雙足行走的抗擾動性能,本文提出了一種平面欠驅動雙足行走自抗擾控制器的設計方法。該方法基于橫向坐標變換的控制思路,針對橫向坐標變換中需要進行線性化近似造成的抗擾動性差的缺陷,給出在以角動量為狀態(tài)變量的系統(tǒng)中,一種串級式的自抗擾控制器設計框架。本文以圓規(guī)式雙足機器人為例給出高效的行走步態(tài),并進一步給出自抗擾控制器的具體設計過程,通過仿真與其他控制方法進行比較,驗證了該方法在面對擾動時具有更快的收斂速度。其次,考慮到上述控制方法仍依賴于機器人模型,... 

【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２日本ＫＡＷＡＤＡ和ＡＩＳＴ共同開發(fā)的ＨＲＰ系列雙足機器人??

圖１．１日本早稻田大學和本田公司設計的雙足機器人??人ＡＳＩＭＯ于２０００年亮栢，至今已完成了四次大規(guī)模的更新升級，該款機器人在很長一段??時間內代表了全驅動機器人的最高水平。當前最新款ＡＳＩＭＯ?（如圖１．１（ｄ）所示）高１．２ｍ，??重４８公斤，依靠本田公司研究的“丨－ＷＡＬＫ”技術，ＡＳＩＭＯ可以實現(xiàn)在不平整路面上的行??走｜８］。除此之外，ＡＳＩＭＯ也可以實現(xiàn)在全驅動機器人中罕見的奔跑和跳躍動作，奔跑速度??為?９ｋｍ／ｈ［９：１０１。??Ｉ??＃兔?＼）％?於??身％銲｜??（ａ）?ＨＲＰ－２?（ｂ）?ＨＲＰ－３?（ｃ）?ＨＲＰ－４?（ｄ）?ＨＲＰ－４Ｃ??圖１．２日本ＫＡＷＡＤＡ和ＡＩＳＴ共同開發(fā)的ＨＲＰ系列雙足機器人??曰本雙足機器人的另外一個具有代表性的機器人系列是ＨＲＰ系列機器人，以ＨＲＰ－２最??為著名。ＨＲＰ－２?（如圖丨．２（ａ）所示）由日本川田工業(yè)株式會社（ＫＡＷＡＤＡ）和國立先進工??業(yè)科學技術研究所（ＡＩＳＴ）共同設計開發(fā)，該機器人高１．５３ｍ，重５８ｋｇ，擁有３０個自由度，??自２００１年開發(fā)完成之后，就作為通用機器人平臺一直沿用至今，在世界性機器人大賽上基??于該平臺的機器人系統(tǒng)仍然頻繁亮相并取得好的成績１１１１。繼ＨＲＰ－２之后，ＫＡＷＡＤＡ又先??３??

?１?緒論??后推出了?ＨＲＰ－３［１２］，ＨＲＰ－４和具有人類面孔的ＨＲＰ－４Ｃ機器人｜１３］（如圖１．２（ｂ）（ｃ）（ｄ）所示）。??以ＨＲＰ－４為例，該機器人高度為１．５１ｍ，重量為３９ｋｇ，擁有３４個自由度，該款機器人已經(jīng)開??始注重輕量化設計，并進一步在運動能效和同人類協(xié)作的安全性方面進行考慮［１４］。??．圓幽??躺麵??（ａ）?ＳＣＨＡＦＴ?（ｂ）?ＳＣＨＡＦＴ新款機器人?（ｃ）腱悟郎（Ｋｅｎｇｏｒｏ）??圖１．３日本ＪＳＫ實驗室設計的雙足機器人??出自堪稱日本最強人形機器人實驗室ＪＳＫ實驗室的ＳＣＨＡＦＴ團隊，近年來憑借多款??性能優(yōu)異的機器人，在業(yè)內得到了人們的關注。在２０１３年的ＤＡＲＰＡ機器人挑戰(zhàn)賽上，??ＳＣＨＡＦＴ團隊的ＳＣＨＡＦＴ機器人（如圖１．３（ａ）所示）輕松完成所有任務取得了該項比賽的冠??軍。在被谷歌收購后，該團隊于２０１６年東京ＮＥＳＴ展會上公布了如圖１．３（ｂ）所示的雙足機器??人，由于該款機器人尚未正式發(fā)布，暫時還沒有名字。該款機器人采用了特殊的自由度配??置方案，使用線性驅動裝置代替?zhèn)鹘y(tǒng)的膝關節(jié)實現(xiàn)腿部伸縮；將軀干部分降低至雙腿中??間


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