實現(xiàn)類人的穩(wěn)定、高效及自然的步態(tài)一直是雙足步行機器人研究領(lǐng)域的研究目標,被動動態(tài)步行為實現(xiàn)高效自然的類人步行、設(shè)計更加類人的機器人提供了新的思路。對被動步行的研究有助于更深入的了解人類行走機理,對受損肢體康復(fù)也有很大借鑒意義。然而,由于被動機器人對步行初值及外界擾動都極其敏感,其步行穩(wěn)定性及多樣性有待進一步加強,相關(guān)的被動動態(tài)步行機理及相應(yīng)的控制策略也有待更深入的研究。本文以研制出具有穩(wěn)定、高效、自然及多樣性步態(tài)的準被動雙足步行機器人為目標,對動力學(xué)建模、基于步行性能及穩(wěn)定性分析的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化、結(jié)構(gòu)設(shè)計及步行控制策略進行深入研究。建立有軀體、膝關(guān)節(jié)及踝關(guān)節(jié)的含雙支撐階段動力學(xué)模型。該模型不僅含有雙足與地面同時接觸的雙支撐階段,且步行階段劃分與人類步行過程類似,步態(tài)更自然。針對雙支撐階段動力學(xué)系統(tǒng)為含多余坐標的完整系統(tǒng)這一問題,基于虛功原理及拉格朗日第一類方程建立雙支撐階段及擺動階段的動力學(xué)方程;基于角動量定理及微分形式的約束方程建立碰撞階段的動力學(xué)方程。針對系統(tǒng)變量數(shù)較多時較難搜索到不動點的問題,提出以擺動腿碰地前瞬間作為龐加萊截面構(gòu)建龐加萊映射的不動點搜索方法,將系統(tǒng)的獨立變量數(shù)由5... 

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

【文章頁數(shù)】：143 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究的目的和意義
    1.2 被動機器人樣機及關(guān)鍵機構(gòu)研究現(xiàn)狀
        1.2.1 被動機器人樣機研究綜述
        1.2.2 被動機器人關(guān)鍵機構(gòu)研究綜述
    1.3 被動機器人步行性能研究現(xiàn)狀
        1.3.1 基于結(jié)構(gòu)的步行性能研究綜述
        1.3.2 基于控制的步行性能研究綜述
    1.4 被動機器人步行穩(wěn)定性及控制策略研究現(xiàn)狀
        1.4.1 基于結(jié)構(gòu)的步行穩(wěn)定性研究綜述
        1.4.2 提高機器人步行穩(wěn)定性的控制策略研究綜述
    1.5 雙足被動動態(tài)步行機器人研究的關(guān)鍵問題
    1.6 本文的主要研究內(nèi)容
第2章 含雙支撐階段動力學(xué)模型構(gòu)建及步行性能分析
    2.1 引言
    2.2 含雙支撐階段動力學(xué)模型構(gòu)建
        2.2.1 含雙支撐階段動力學(xué)模型步行階段劃分
        2.2.2 各階段動力學(xué)模型建立
    2.3 基于動力學(xué)模型的被動機器人運動特性
        2.3.1 以碰前瞬間構(gòu)建龐加萊截面的不動點求解法
        2.3.2 被動機器人的運動特性
    2.4 基于單步法的參量化結(jié)構(gòu)參數(shù)對步行性能影響分析
        2.4.1 步行性能參數(shù)的量化
        2.4.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)參量化建模及單步分析法
        2.4.3 結(jié)構(gòu)參數(shù)對步行性能影響分析
    2.5 本章小結(jié)
第3章 基于穩(wěn)定性分析的參量化模型結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化
    3.1 引言
    3.2 模型步行穩(wěn)定性分析及參量化模型結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化
        3.2.1 步態(tài)敏感范數(shù)的求解
        3.2.2 基于胞映射法的吸引域求解
        3.2.3 基于參量化建模的穩(wěn)定性分析
        3.2.4 結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化
    3.3 本章小結(jié)
第4章 基于最優(yōu)參數(shù)的準被動步行機器人系統(tǒng)設(shè)計
    4.1 引言
    4.2 準被動雙足步行機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計
        4.2.1 準被動雙足步行機器人結(jié)構(gòu)整體概況
        4.2.2 髖關(guān)節(jié)角平分機構(gòu)設(shè)計
        4.2.3 柔性關(guān)節(jié)設(shè)計
        4.2.4 膝關(guān)節(jié)設(shè)計
        4.2.5 踝關(guān)節(jié)設(shè)計
    4.3 機器人三維模型動力學(xué)仿真
    4.4 準被動雙足步行機器人控制系統(tǒng)硬件設(shè)計
    4.5 本章小結(jié)
第5章 基于時不變虛擬約束的控制策略研究
    5.1 引言
    5.2 髖關(guān)節(jié)時不變虛擬力約束控制策略
        5.2.1 時不變虛擬約束原理
        5.2.2 控制策略設(shè)計
        5.2.3 控制參數(shù)對步行性能的影響
    5.3 雙支撐階段踝關(guān)節(jié)時不變拉動控制策略研究
        5.3.1 控制策略設(shè)計
        5.3.2 控制參數(shù)對步行性能的影響
    5.4 擺動階段擺動腿踝關(guān)節(jié)時不變角度控制策略研究
        5.4.1 擺動腿碰地前踝關(guān)節(jié)角度對步行的影響
        5.4.2 控制策略設(shè)計
        5.4.3 控制參數(shù)對步行性能的影響
    5.5 步行總體控制
        5.5.1 步行總體控制方案
        5.5.2 抗擾能力驗證
        5.5.3 調(diào)速能力驗證
    5.6 本章小結(jié)
第6章 準被動雙足步行機器人實驗研究
    6.1 引言
    6.2 實驗系統(tǒng)的建立
        6.2.1 實驗系統(tǒng)硬件組成
        6.2.2 實驗系統(tǒng)軟件設(shè)計
    6.3 髖關(guān)節(jié)虛擬約束力控制策略驗證實驗
    6.4 踝關(guān)節(jié)時不變拉動控制策略驗證實驗
        6.4.1 控制參數(shù)對步行性能的影響
        6.4.2 調(diào)速能力驗證實驗
        6.4.3 抗擾能力驗證實驗
    6.5 擺動階段擺動腿踝關(guān)節(jié)時不變角度控制策略驗證實驗
    6.6 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文
致謝
個人簡歷


【參考文獻】：
期刊論文
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[3]Analysis of period doubling bifurcation and chaos mirror of biped passive dynamic robot gait[J]. ZHAO Jie,WU XiaoGuang *,ZANG XiZhe & YAN JiHong State Key Laboratory of Robotics and System,Harbin Institute of Technology,Harbin 150080,China.  Chinese Science Bulletin. 2012(14)
[4]半被動雙足機器人動態(tài)行走的位姿估算[J]. 黃巖,謝廣明,楊曉華,王啟寧,王龍.  北京大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2009(04)
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[6]Passive walker that can walk down steps:simulations and experiments[J]. Ning Liu Junfeng Li Tianshu Wang School of Aerospace,Tsinghua University,Beijing 100084,China.  Acta Mechanica Sinica. 2008(05)

博士論文
[1]雙足被動步行機器人性能分析及一種動力輸入方法研究[D]. 倪修華.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2010
[2]欠驅(qū)動雙足機器人行走步態(tài)建模與動態(tài)行走控制策略研究[D]. 張佩杰.吉林大學(xué) 2010

碩士論文
[1]有膝雙足被動步行機器人的運動特性和穩(wěn)定性研究[D]. 崔偉.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2013
[2]無膝雙足被動機器人的運動特性和穩(wěn)定性研究[D]. 胡運富.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2009



本文編號：3202064