基于力傳感器的四足機器人多步態(tài)規(guī)劃及初步維穩(wěn)控制.pdf

1、仿生四足機器人由于其獨特的桿式機構(gòu)可以實現(xiàn)非結(jié)構(gòu)環(huán)境下的行走，而且具有對地形的適應(yīng)能力強、承載能力強、穩(wěn)定性好等出色的特點，可廣泛運用于搶險救災(zāi)、排雷、探險及軍事等領(lǐng)域，應(yīng)用前景廣闊。研究仿生四足機器人的運動及其穩(wěn)定控制，對開發(fā)新型仿生四足機器人，具有重要的理論指導(dǎo)意義和使用價值。為了使四足機器人能夠以更加穩(wěn)定的步態(tài)完成多種運動，并且能夠在足端受到外界沖擊力的情況下通過腿的柔順反應(yīng)來提高運動穩(wěn)定性，本文針對單腿具有三自由度和四自由度的兩

2、種四足機器人進(jìn)行了多種步態(tài)的規(guī)劃、改進(jìn)以及力反饋控制研究。
　　對于兩種四足機器人的單腿進(jìn)行了運動學(xué)正/逆解分析計算，并利用運動學(xué)正解結(jié)合機器人各關(guān)節(jié)實際運動范圍和桿件約束計算出了兩種四足機器人的單腿運動空間，比較分析后得出單腿四自由度仿生四足機器人運動空間更大，運動更靈活，能夠適應(yīng)更多的運動表面。
　　針對橢圓和擺線兩種足端軌跡進(jìn)行對角步態(tài)設(shè)計及仿真分析，驗證了復(fù)合擺線保證了在起步以及落地瞬間足端與地面垂直接觸，有效地減少

3、了偏航方向的接觸力，保持了重心的穩(wěn)定，從足端軌跡方面提高了步態(tài)的穩(wěn)定性。針對后腿拖地以及機身晃動大兩個問題提出了改變支撐足初始位置和增加四足同時支撐狀態(tài)的方法，進(jìn)一步提高了對角步態(tài)的穩(wěn)定性。針對兩種四足機器人分別實現(xiàn)了前進(jìn)、后退、對角轉(zhuǎn)彎多種步態(tài)的規(guī)劃及運動實驗。針對單腿四自由度的仿生四足機器人，成功實現(xiàn)了上下樓梯運動。
　　針對傳統(tǒng)對角步態(tài)的對角換相瞬間質(zhì)心速度有突變，不利于機身穩(wěn)定這一問題，通過變長倒立擺理論分析與仿真，驗證了

4、增加四足同時支撐狀態(tài)方法的有效性和可行性，成功地消除質(zhì)心速度突變。此外，設(shè)計了基于變長倒立擺模型的變步長以及變速度對角步態(tài)，并通過仿真驗證上述步態(tài)的可行性，實現(xiàn)在對角步態(tài)中質(zhì)心速度無突變的變步長與變速度方法。
　　設(shè)計基于足端力傳感器的力/位混合控制，采用經(jīng)典的PID控制實現(xiàn)位置跟蹤控制，采用阻抗控制實現(xiàn)力柔順控制。在Simulink環(huán)境下搭建基于足端力傳感器的四足機器人單腿力/位混合控制仿真模型，并通過仿真實驗調(diào)節(jié)各參數(shù)，完成控