相比野外探索及崎嶇地形運輸,室內(nèi)及城市服務場景逐漸成為四足機器人的主要應用場景,而該場景更適合體型小巧、操作簡易的中小型四足機器人。但是中小型機器人由于體型限制難以配備高性能傳感器和執(zhí)行器,且還需完成室內(nèi)及城市服務場景的多種任務目標,這就給四足運動控制方法的簡便性和有效性提出了新的要求。傳統(tǒng)基于模型的分層優(yōu)化控制雖然達到的動態(tài)控制性能優(yōu)越,但是依賴于準確的物理建模和高性能的力矩驅動器;基于仿生概念的分布式關節(jié)控制雖然結構簡單,但是依賴于經(jīng)驗化的調(diào)參過程,控制效果差強人意。這兩種方法都不能很好地滿足小型四足機器人在室內(nèi)及其他規(guī)則環(huán)境下的多任務控制要求。針對以上問題,本文構建了一個基于仿生概念的具有并行結構的多單元節(jié)律運動生成框架。該仿生框架結合了傳統(tǒng)的基于模型的控制方法以提升其對四足機器人的控制性能,進而綜合了仿生控制方法的簡單性和基于模型控制方法的有效性,更加適合小型四足機器人的多任務運動控制。根據(jù)運動基元的生物學概念,該框架通過定義機器人所需的基本運動和疊加運動,然后將他們線性疊加生成機器人行進所需的復雜運動。基本運動和疊加運動分別由多個平行的運動生成單元獨立生成,他們的輸出均為足底... 

【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

【文章頁數(shù)】：166 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２?ＭＴＴＬｅｇＬａｂ研制的腿足式機器人??

繁變化??也需要驅動單元作出及時反應。一般的商用電機都難以滿足以上要求，因此絕大部分高性??能四足機器人都使用了自行研發(fā)或定制的高功率驅動模塊（大部分為低減速比的直流無??刷電機）。??美國賓夕法尼亞大學的Ｋｏｄ＊Ｌａｂ也研發(fā)了數(shù)款具有代表性的機器人。該實驗室由??Ｄａｎｉｅｌ?Ｋｏｄｉｔｓｃｈｅｋ教授帶領，主要研究內(nèi)容為利用生物學概念研發(fā)具有高度靈活性的足式??機器人。??■歛，■?１?＊??（ａ）?Ｇｈｏｓｔ?Ｍｉｎｉｔａｕｒ?（ｈ）?Ｉｎｕ?（ｃ）?Ｘ－ＲＨｅｘ??圖１．４?Ｋｏｄ＊Ｌａｂ研制的腿足式機器人??圖１．４展示了三款由Ｋｏｄ＊Ｌａｂ研發(fā)的機器人：Ｃ！ｈｏｓｔ?Ｍｉｎｉｔａｕｒ１１、３６１?，Ｉｎｕｉ?丨和Ｘ－ＲＨｅｘ丨３９＿４１丨。??５??

體型限制，其控制算法主要集中于行走控制，包括爬行，對角??步態(tài)前行，上下斜坡和階梯等。使用方法大多數(shù)為基于模型的運動規(guī)劃算法，屬于較為傳??統(tǒng)的優(yōu)化控制領域。該機器人也可以進行小幅度的跳躍運動，但是不同于一般機器人以前??后腿交替運動的仿兔式跳躍模式，ＨｙＱ探索了以兩組對角腿交替運動的跳躍對角步態(tài)Ｉ％，??進而提升了一般對角步態(tài)的前進速度。遺憾的是，ＨｙＱ在多數(shù)文獻中仍然需要外部電源??供電，不能像ＢｉｇＤｏｇ那樣自主運行。??１?＿??（ａ）?ｉＣｕｂ?（ｂ）?Ｃｏｍａｎ??圖１．６意大利技術學院研制的雙足機器人??意大利技術學院還研發(fā)了兩款著名的雙足機器人ｉＣｕｂ和Ｃｏｍａｎ?（圖１．６）。ｉＣｕｂｌ５５＿５７ｌ??與５歲兒童具有相同的身體外形，可以完成爬行，直立行走以及用手抓取等功能。該機器??人全身共具有５３個自由度，其中每只手都配備了?９個自由度，進而可以完成很多精巧的??手部運動。除了研究仿人機器人的基本運動規(guī)律之外，該機器的設計目的還包括通過模仿??兒童動作來理解人類大腦的認知發(fā)育過程。ｉＣｕｂ是一個完全開源機器人，代碼和設計完全??公開，目前已經(jīng)有３０臺ｉＣｕｂ使用在歐盟、美國、韓國和日本的研究機構之中。Ｃｏｍａｎ機??器人是由歐盟ＡＭＡＲＳｉ項目資助研發(fā)的仿人機器人。ＡＭＡＲＳｉ項目１５８】旨在通過雙足和四??足機器人的相關實驗研究來實現(xiàn)機器運動技能靈活性和豐富性的進一步提升。Ｃｏｍａｎ機??器人高９５ｃｍ，重３１?Ｋｇ，全身共有２５個自由度，同時還配備了串聯(lián)彈性關節(jié)用以探索被??動柔性控制的相關內(nèi)容。傳感器方面，該機器人在盆骨和胸部配備了慣性測量單元以檢測??姿態(tài)，在毎個關節(jié)都配備了力矩傳感器，腳

【參考文獻】：
期刊論文
[1]高性能液壓驅動四足機器人SCalf的設計與實現(xiàn)[J]. 柴匯,孟健,榮學文,李貽斌.  機器人. 2014(04)
[2]四足仿生機器人混聯(lián)腿構型設計及比較[J]. 田興華,高峰,陳先寶,齊臣坤.  機械工程學報. 2013(06)

博士論文
[1]基于SLIP模型的四足機器人對角小跑步態(tài)控制研究[D]. 蔣振宇.哈爾濱工業(yè)大學 2014
[2]四足機器人運動規(guī)劃及協(xié)調(diào)控制[D]. 蔡潤斌.國防科學技術大學 2013
[3]SCalf液壓驅動四足機器人的機構設計與運動分析[D]. 榮學文.山東大學 2013

碩士論文
[1]四足小象機器人實時控制系統(tǒng)的設計與研究[D]. 鄧黎明.上海交通大學 2014
[2]基于運動約束的四足機器人生物運動規(guī)劃方法[D]. 戴俊杰.國防科學技術大學 2013



本文編號：3305590