四足哺乳動(dòng)物因其具有強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)能力和環(huán)境適應(yīng)能力,從而廣泛存活于地球上的每一片大陸。四足仿生機(jī)器人也具有相似的特性,現(xiàn)階段四足仿生機(jī)器人逐漸應(yīng)用于搶險(xiǎn)救災(zāi)、軍事偵查、線(xiàn)路巡檢等復(fù)雜任務(wù)。本文研制了一款小型電動(dòng)四足仿生機(jī)器人,面向非結(jié)構(gòu)化地形,能夠?qū)崿F(xiàn)一定程度的越障、抗側(cè)向沖擊的功能。本文根據(jù)機(jī)器人的功能需要,進(jìn)行關(guān)節(jié)模塊的控制仿真和單關(guān)節(jié)柔順控制、機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)建模分析、控制策略和相關(guān)仿真實(shí)驗(yàn)這幾方面進(jìn)行論述。關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)模塊是機(jī)器人的動(dòng)力源,為了進(jìn)行關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)控制,進(jìn)行關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)控制仿真研究。為了進(jìn)一步滿(mǎn)足機(jī)器人對(duì)柔順性的需要,制定了單關(guān)節(jié)的PD控制策略,并應(yīng)用模糊控制完成阻尼系數(shù)與剛度系數(shù)的匹配。四足仿生機(jī)器人是機(jī)械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)高度耦合的系統(tǒng),合理的機(jī)械和電氣系統(tǒng)能有效實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的功能。本文分析四足機(jī)器人的腿部構(gòu)型,根據(jù)機(jī)器人腿部構(gòu)型完成機(jī)器人腿部設(shè)計(jì)。膝關(guān)節(jié)采用帶傳動(dòng)方式,將腿部質(zhì)量集中于髖關(guān)節(jié)處,有效降低腿的慣量。此外機(jī)器人小腿采用弓形小腿結(jié)構(gòu),利于吸收能量沖擊。電氣系統(tǒng)是控制系統(tǒng)的基礎(chǔ),采用分層結(jié)構(gòu),以Up-board作為頂層控制器,STM32作為中間層控制器,電機(jī)驅(qū)動(dòng)器作為底... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

基于ZMP方法

亟諫喜賈玫?宰榧??ü??宰榧??寤髯????允頗埽?迪忠歡?的柔順效應(yīng)，例如Parrt等人提出了串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器（SeriesElasticActuator,SEA）的概念[48]。主動(dòng)柔順機(jī)構(gòu)通過(guò)控制關(guān)節(jié)電機(jī)的力矩和液壓缸的驅(qū)動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)關(guān)節(jié)的剛度特性和阻尼特性。在運(yùn)動(dòng)控制方面，四足機(jī)器人主要有爬行步態(tài)（Crawl）、小跑步態(tài)（Trot）和跳躍步態(tài)（Bound）。目前國(guó)內(nèi)外主要的運(yùn)動(dòng)控制方法，在靜步行情況下，有基于零力矩點(diǎn)（ZMP）的穩(wěn)定判據(jù)（ZMP位于足端支撐區(qū)域之內(nèi)）用于足端軌跡規(guī)劃，如圖1-29所示[54]。圖1-29基于ZMP方法圖1-30CPG震蕩神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在動(dòng)步行情況下，有應(yīng)用仿生原理的中樞神經(jīng)結(jié)構(gòu)（CPG）的控制算法，其模擬生物的節(jié)律行為，每條腿作為一個(gè)振蕩器，每個(gè)振蕩器中含有一組相互抑制的神

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-14-表2-1關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)模塊參數(shù)屬性參數(shù)槽極36N42P電阻179mΩ電機(jī)重量480g/560g額定電流10A額定功率240W最大電流（180s）15A最大功率（180s）360W最大扭矩7.9Nm2.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理仿真針對(duì)驅(qū)動(dòng)模塊的硬件，采用FOC控制算法，控制直軸電流為0，通過(guò)交軸電流控制電機(jī)力矩。控制方法的仿真能驗(yàn)證控制策略的正確性，這里采用MATLAB中的Simulink作為仿真工具，Simulink中提供了Park和Clark變換、三相逆變器和PMSM電機(jī)的模塊，只需要修改相應(yīng)參數(shù)即可使用，較為方便。搭建電機(jī)電流環(huán)仿真模型，進(jìn)行階躍指令電流和正弦指令電流仿真，控制系統(tǒng)建模如下圖所示：圖2-2電機(jī)電流環(huán)控制模型其中，電流環(huán)的控制周期為50us，階躍指令電流響應(yīng)仿真結(jié)果如圖2-3（a）所示，階躍指令電流大小為10A;正弦指令電流響應(yīng)仿真結(jié)果如圖2-3（b）所示，正弦指令電流頻率為45Hz，幅值為10A。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[7]全方位四足步行機(jī)器人JTUWM－Ⅱ轉(zhuǎn)彎步態(tài)控制的研究[J]. 馬培蓀,馬烈.  上海交通大學(xué)學(xué)報(bào). 1995(05)

博士論文
[1]林間四足步行機(jī)的步態(tài)規(guī)劃與建模仿真研究[D]. 王慧.東北林業(yè)大學(xué) 2014
[2]四足機(jī)器人節(jié)律運(yùn)動(dòng)及環(huán)境適應(yīng)性的生物控制研究[D]. 張秀麗.清華大學(xué) 2004

碩士論文
[1]四足仿生機(jī)器人跑跳運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與控制[D]. 李川.浙江大學(xué) 2017
[2]四足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與仿真研究[D]. 張玉剛.武漢理工大學(xué) 2012
[3]仿生機(jī)器蟹步行足協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)研究[D]. 郝欣偉.哈爾濱工程大學(xué) 2007



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