自然界中四足動物運動具有極強的靈活運動和復雜地形適應(yīng)能力,如獵豹最快奔跑速度可以達到110km/h,羚羊可以跳躍6～7米的溝壑,巖羊可以在接近90度峭壁上站立。受此啟發(fā),仿生四足機器人的研究受到越來越多研究者的重視,國內(nèi)外已研制出多款高動態(tài)四足仿生機器人,尤其是美國波士頓動力公司研制的BigDog、SpotMini等四足機器人,以其動態(tài)性能高、魯棒性強等特點引領(lǐng)人們探索四足機器人的極大熱情。本文立足于課題組研究的SCalf系列液壓四足機器人和電動四足機器人,開展了四足機器人建模和運動控制相關(guān)的研究。按照從液壓執(zhí)行器建模到單腿柔順控制再到四足機器人整體控制研究思路,針對機器人平臺和運動性能要求提出了基于倒立擺模型的控制、基于最優(yōu)足底力分配的控制和基于模型預測控制的三種不同四足機器人運動控制方法,主要包括如下內(nèi)容:1.針對閥控非對稱液壓油缸,將多參數(shù)影響、非線性的輸出力通過線性化建立近似模型,提出了前饋加反饋的輸出力控制方法,實現(xiàn)了液壓驅(qū)動關(guān)節(jié)的扭矩伺服。進而研究了基于位置阻抗和虛擬模型的機器人腿部主動柔順控制方法,并通過單腿物理實驗證明了主動柔順控制可實現(xiàn)被動彈性元件的柔順特性,顯著減小... 

【文章來源】：山東大學山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：156 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１－２波士頓動力四足機器人發(fā)展圖??

這樣的機器人設(shè)計使得成本極低，而且機器人的動態(tài)性能高，是第一個??實現(xiàn)四足機器人后空翻動作的機器人，基于ＷＩＢＣ和ＭＰＣ控制方法其最快運動??速度達到３．７ｍ／ｓ，且包括ｇａｌｌｏｐ、ｂｏｕｎｄ等６種步態(tài)均可實現(xiàn)穩(wěn)定運動｜３２］？??■?Ｈｉ?＿＿??ＭＩＴＪｕｎｉｏｒ?Ｃｈｅｅｔａｈ?ＭＩＴ?Ｃｈｅｅｔａｈ?ＭＩＴ?Ｃｈｅｅｔａｈ?２?ＭＩＴ?Ｃｈｅｅｔａｈ?Ｂ?ＭＵ?Ｃｈｅｅｔａｈ?ｍｉｎｉ??２〇〇９?２０１２?２０１７?２〇１９??－４?ｉ?Ｊ?１?１?？??圖１－３?ＭＩＴ四足機器人發(fā)展圖??歐洲的意大利理工學院（丨丨�。┑南冗M機器人部和蘇黎世聯(lián)邦理工也是研宄??四足機器人比較早的科研機構(gòu)，ＩＩＴ從２００７年開始研究ＨｙＱＰ＇４０】機器人，２０１０??年正式推出，該機器人橫滾關(guān)節(jié)為電機驅(qū)動，大小腿的俯仰關(guān)節(jié)為液壓驅(qū)動。１１Ｔ??在主動柔順和穩(wěn)定控制方法上做出了很多研究，基于主動柔順的四足機器人能夠??實現(xiàn)Ｔｒｏｔ，Ｆｌｙｉｎｇ?Ｔｒｏｔ，Ｗａｌｋ等步態(tài)，其最快速度可達到２ｍ／ｓ。基于優(yōu)化足底力??分配的Ｗａｌｋ步態(tài)可在兩個５０°斜坡構(gòu)成的地形下運動Ｍ。為方便驗證算法２０１５??年又設(shè)計了輕量化的ＭｉｎｉＨｙＱ［４１］機器人，該機器人是液壓驅(qū)動下最輕的四足機??器人，重量僅有３５?ｋｇ，由于在橫滾關(guān)節(jié)上使用液壓旋轉(zhuǎn)缸，這使得機器人能夠??有足夠的關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)范圍實現(xiàn)異常狀態(tài)下的初始位置恢復。同年推出的??ＨｙＱ２Ｍａｘｌ４２】機器人，比起ＨｙＱ該機器人更堅固、輸出功率更大大、運動能力更??強并且和自校正，使得機器人具有更強的魯棒性。ＨｙＱＲｅａｌｌ４３］機器人則是２０１９??年推出的最新機器人，其１．

?探索自由步態(tài)，極大的提升了機器人的運動能力。ＡＮＹｍａｌ－Ｃ則是商業(yè)版的四足??機器人力求應(yīng)用在真實生活、工作環(huán)境中，由于其關(guān)節(jié)實現(xiàn)了模塊化，很容易實??現(xiàn)機器人的故障排查和檢修。??ＨｙＱ?ＭｉｎｉＨｙＱ?ＨｙＱ２Ｍａｘ?ＨｙＱ－Ｒｅａｌ??２０１０?２０１５?２０１５?２０１９??—＾?；????１?????－ｔ??？??ＳｔａｒｌＥＴＨ?ＡＮＹｍａｌ?Ｉ?ＡＮＹｍａｌ－Ｃ??２０１０?２０１７?，２０１７??盡條??ｉｒｎ?＼?１??圖１－４歐洲典型四足機器人發(fā)展圖??１．２．２國內(nèi)四足機器人發(fā)展現(xiàn)狀??近年來國內(nèi)四足機器人發(fā)展速度加快，在電驅(qū)動四足機器人方面，２０１６年??浙江大學和江南機器人公司聯(lián)合發(fā)布了?“赤兔”［５１］機器人，如圖１－５所示，該機??器人具備Ｔｒｏｔ和Ｂｏｕｎｄ步態(tài)功能，能夠爬樓梯和適應(yīng)一定程度的崎＿地形。２０１７??年浙大四足機器人團隊發(fā)布了“絕影”機器人，該機器人重量為７０ｋｇ，有效載??重２０ｋｇ，該機器人是國內(nèi)首個實現(xiàn)動步態(tài)上臺階的四足機器人，具有多種步態(tài)??運動能力，能夠?qū)ν饬_動做出快速響應(yīng)恢復穩(wěn)定。２０１９年推出“絕影ｍｉｎｉ”??和“絕影ｐｒｏ”四足機器人，運動性能上機器人可以實現(xiàn)穩(wěn)定的Ｂｏｕｎｄ步態(tài)，并??對起伏臺階具有良好的實用性，機器人能夠跳躍穿過空中掛圈，展示了機器人良??６??

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]液壓驅(qū)動四足機器人柔順及力控制方法的研究與實現(xiàn)[D]. 柴匯.山東大學 2016
[2]四足機器人主動柔順及對角小跑步態(tài)運動控制研究[D]. 張國騰.山東大學 2016
[3]基于多層CPG的足式機器人運動控制研究[D]. 王婷婷.哈爾濱工業(yè)大學 2014
[4]四足機器人節(jié)律運動及環(huán)境適應(yīng)性的生物控制研究[D]. 張秀麗.清華大學 2004

碩士論文
[1]四足仿生機器人跑跳運動規(guī)劃與控制[D]. 李川.浙江大學 2017



本文編號：3609004