四足機(jī)器人具有良好的運(yùn)動(dòng)靈活性和環(huán)境適應(yīng)性,是機(jī)器人研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。隨著研究的深入和對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)性能需求的提高,四足機(jī)器人研究領(lǐng)域分化出以高速運(yùn)動(dòng)為目標(biāo)的研究分支。生物學(xué)研究顯示,跳躍步態(tài)是四足動(dòng)物典型的高速對(duì)稱(chēng)步態(tài),且多種動(dòng)物在高速速度中存在脊柱大幅地參與運(yùn)動(dòng),而相應(yīng)的脊柱型四足機(jī)器人的理論及運(yùn)動(dòng)控制研究卻鮮見(jiàn)報(bào)道。當(dāng)前研究大多孤立了脊柱環(huán)節(jié),鮮有整機(jī)的建模研究以及運(yùn)動(dòng)控制方法研究。在該方向的研究勢(shì)必推動(dòng)仿生工程和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制等方面的發(fā)展,此外,以其高速運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn),在軍事偵察、救震救災(zāi)和未來(lái)生活等領(lǐng)域也將具有廣闊的應(yīng)用前景。首先,本文以分析獵豹的運(yùn)動(dòng)特性入手,建立了脊柱型四足機(jī)器人七桿模型,以及構(gòu)建了ASLIP動(dòng)力學(xué)模型,使用拉格朗日方程推導(dǎo)了其跳躍運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程;迭代運(yùn)算動(dòng)力學(xué)微分方程,使用龐加萊映射方法搜索了機(jī)器人七桿模型基于ASLIP跳躍運(yùn)動(dòng)的不動(dòng)點(diǎn),結(jié)果顯示不動(dòng)點(diǎn)在固定能量層級(jí)下呈區(qū)域性分布;不動(dòng)點(diǎn)的對(duì)比結(jié)果顯示基于ASLIP模型的運(yùn)動(dòng)比基于SLIP模型的運(yùn)動(dòng)能適應(yīng)更高的穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)速度,并作了觸地力、脊柱角和穩(wěn)定性等特性分析。為脊柱型四足機(jī)器人跳躍運(yùn)動(dòng)提供了動(dòng)力學(xué)模型和理論... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：98 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

WalkingTrunk四足步行車(chē)

僅僅停留在脊柱作用形式的理論研究層面，缺少面向機(jī)器人整機(jī)作運(yùn)動(dòng)控制的法研究，如何有效利用脊柱實(shí)現(xiàn)四足機(jī)器人高速運(yùn)動(dòng)仍是一個(gè)關(guān)鍵的且有待解的問(wèn)題。針對(duì)帶有脊柱的四足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制問(wèn)題，本文將以獵豹的運(yùn)動(dòng)為分析象，旨在研究一種適用于脊柱型四足機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型，并研究一種基于該型的跳躍運(yùn)動(dòng)控制方法，解決脊柱型四足機(jī)器人研究領(lǐng)域當(dāng)前存在的運(yùn)動(dòng)控制題，為脊柱型四足機(jī)器人高速運(yùn)動(dòng)提供理論支撐。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 四足機(jī)器人研究現(xiàn)狀1968 年，Mosher 研制出了世界上第一臺(tái)四足步行車(chē) Walking Trunk[15]，自開(kāi)啟了四足機(jī)器人領(lǐng)域的發(fā)展歷史。最初的四足機(jī)器人均采用靜步態(tài)爬行，運(yùn)速度過(guò)慢，難以滿(mǎn)足快速行走的需求。1979 年，MIT Leg Laboratory 的 Marc Raib等人基于 SLIP 模型提出三分控制法，并成功應(yīng)用于單足、雙足和四足機(jī)器人[2實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的動(dòng)步態(tài)運(yùn)動(dòng)，成為高性能四足機(jī)器人研究的里程碑[16]。

圖 1-3 BigDog 圖 1-4 HyQ而相比于輪式和履帶式機(jī)械，四足機(jī)器人過(guò)低的運(yùn)動(dòng)速度依然是限制其實(shí)的重要問(wèn)題，如何進(jìn)一步提升四足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度成為研究的瓶頸。生物發(fā)現(xiàn)，獵豹在高速奔跑時(shí)脊柱大幅度地有規(guī)律地伸展和收縮，對(duì)其高速運(yùn)積極的作用[11]。這為高速型四足機(jī)器人的研究帶來(lái)啟發(fā)，向原有的四足機(jī)性軀體中引入脊柱環(huán)節(jié)，期望獲得良好的運(yùn)動(dòng)性能。者 Yamafuji 等人較早開(kāi)展了脊柱型機(jī)器人研究，1992 年，使用氣動(dòng)肌肉研一個(gè)脊柱關(guān)節(jié)的貓型機(jī)器人僅用于自由下落時(shí)身體狀態(tài)變化研究[19-21]。德國(guó)卡爾斯魯厄大學(xué)開(kāi)展了脊柱型四足機(jī)器人研究，BISAM 機(jī)器人的脊柱個(gè)回轉(zhuǎn)自由度，使用神經(jīng)振子算法，然而僅能實(shí)現(xiàn)靜步態(tài)行走[22-24]。200 Takao 使用 CPG 控制，實(shí)現(xiàn)了體長(zhǎng) 0.4m 的貓型四足機(jī)器人 0.4m/s 速度的運(yùn)動(dòng)[25]。2008 年學(xué)者 Tsujita 使用非線(xiàn)性震蕩網(wǎng)絡(luò)控制器產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行了柱型四足機(jī)器人的行走和對(duì)角小跑步態(tài)的研究，得到穩(wěn)定節(jié)律運(yùn)動(dòng)[26]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于中樞神經(jīng)模式的四足機(jī)器人步態(tài)控制[J]. 黃博,姚玉峰,孫立寧.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2010(07)
[2]基于生物中樞模式發(fā)生器原理的四足機(jī)器人[J]. 鄭浩峻,張秀麗,關(guān)旭,汪勁松.  清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2004(02)

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



本文編號(hào)：2997924