發(fā)布時間：2018-01-18 05:13

  本文關鍵詞：液壓驅動四足機器人柔順及力控制方法的研究與實現(xiàn)　出處：《山東大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

  更多相關文章： 四足機器人 虛擬模型控制 牛頓-歐拉方法 柔順控制 能量規(guī)劃

【摘要】：制造出人工的、擁有腿足結構的、類似于動物的智慧代步機械,比肩造物主,一直是人類從古至今從未間斷過的夢想,這一夢想持續(xù)的時間恐怕比人類翱翔于藍天的夢想還要長。BigDog的出現(xiàn)猶如一針興奮劑,在全世界范圍內掀起了一股四足機器人研究的熱潮。然而,在現(xiàn)今的科技水平下,人類能夠制造出怎樣的腿足移動機械,這些腿足機械又能夠幫助人類發(fā)現(xiàn)什么或者完成什么工作呢?這些腿足式的移動機械與我們現(xiàn)有的車輛等運輸工具相比,又有哪些優(yōu)勢呢?面對這一課題的挑戰(zhàn),我們設計并研制成功了SCalf液壓驅動四足機器人。本文針對SCalf研制過程中的系統(tǒng)結構設計、柔順控制方法設計與實現(xiàn)以及基于平面模型的跳躍控制三個方面展開論述,主要內容如下：1、針對SCalf機器人本體各個子系統(tǒng)的分布特點,設計了具有雙CAN總線的集中式控制系統(tǒng),并進行了工程實現(xiàn)工作；隨后以提高伺服帶寬、實現(xiàn)關節(jié)力矩控制為目標,在原有集中控制的基礎上,對伺服系統(tǒng)進行了分布式、數(shù)字化改造,同時設計了基于該系統(tǒng)的分布式控制方法；基于上述分布式系統(tǒng)中的單腿伺服控制器,設計并實現(xiàn)了面向力控制的單腿測試平臺。2、基于牛頓-歐拉方法建立單腿系統(tǒng)的動基座動力學模型；設計開發(fā)了基于足底力檢測與關節(jié)位置控制的足端阻抗柔順控制方法、基于足底力推算與關節(jié)位置控制的足端阻抗柔順控制方法、基于虛擬模型及關節(jié)力控制的足端柔順控制方法,完成仿真分析及實驗驗證,并應用于SCalf-Ⅱ平臺上崎嶇地形行走控制中。3、基于虛擬模型控制與能量規(guī)劃的方法,對以trot步態(tài)運動的機器人奔跑及跳躍控制進行了研究,并在虛擬物理環(huán)境中進行了仿真實驗；通過對機器人軀干姿態(tài)的檢測,增強了該方法對崎嶇地形的適應能力；在文中所提方法的假設條件不滿足的情況下,對該方法的魯棒性進行了實驗與分析。通過以上的研究,本文的研究成果如下：1、設計并實現(xiàn)了基于雙CAN總線的液壓四足機器人集中式控制系統(tǒng),并在其基礎上首次在液壓驅動大型四足機器人上實現(xiàn)了基于現(xiàn)場總線與單腿伺服控制器的分布式控制系統(tǒng),并提出了適合四足機器人的分布式控制構架。2、搭建了室內液壓驅動的平面單腿測試平臺,開展了面向全力矩控制的單腿運動實驗以及足地交互效果實驗。3、基于牛頓-歐拉方法建立了單腿動基座動力學模型,以此為基礎進行了基于足底力檢測、足底力推算以及虛擬模型的腿足柔順控制實驗,提出了適合SCalf-Ⅱ型四足機器人的柔順控制方法,并應用于SCalf-Ⅱ平臺上崎嶇地形行走控制中,效果良好。4、提出了基于虛擬模型及能量規(guī)劃的四足機器人平面跳躍控制方法,該方法適應于崎嶇地形,具有很好的魯棒性和工程可實現(xiàn)性。本文在針對學術問題進行研究的同時,將實現(xiàn)成本與制造、維護難度等因素考慮進來,并通過虛擬物理仿真環(huán)境實驗和物理樣機實驗,證明了結論具有很強的可實現(xiàn)性。
[Abstract]:This paper discusses the design and realization of robot running and jumping control based on virtual model and joint force control based on virtual model and joint force control . The research results are as follows : 1 . Based on the research of virtual model control and energy planning , the research results are as follows : 1 . Design and implementation of hydraulic four - legged robot based on dual CAN bus Based on the Newton - Euler method , a method for controlling the planar jump of a four - legged robot based on virtual model and energy planning has been developed .

【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP242

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本文編號：1439582