混聯(lián)式四足步行機(jī)器人的性能設(shè)計(jì)與容錯(cuò)性研究.pdf

1、高動(dòng)態(tài)性、高適應(yīng)性、高負(fù)載能力的四足仿生機(jī)器人技術(shù)是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。近十年來(lái)，國(guó)外在四足步行機(jī)器人研究領(lǐng)域取得了實(shí)質(zhì)性的突破，已經(jīng)逐步從實(shí)驗(yàn)室走入到實(shí)際應(yīng)用階段。國(guó)內(nèi)近幾年也在不斷加大研究力度。本課題就是在國(guó)家“863”計(jì)劃“高性能四足仿生機(jī)器人研發(fā)”重點(diǎn)項(xiàng)目支持下展開(kāi)的。針對(duì)新型步行機(jī)器人腿部構(gòu)型的性能設(shè)計(jì)、高功率密度驅(qū)動(dòng)技術(shù)、能耗研究、一般情況步態(tài)規(guī)劃以及容錯(cuò)步態(tài)規(guī)劃等問(wèn)題，本文主要研究?jī)?nèi)如下：
　　1）針對(duì)新型步行機(jī)器人的

2、腿部構(gòu)型，建立了運(yùn)動(dòng)學(xué)正反解以及力學(xué)模型并進(jìn)行了腿部構(gòu)型的參數(shù)設(shè)計(jì)與優(yōu)化。
　　2）針對(duì)四足步行機(jī)器人高功率密度液壓系統(tǒng)的能耗問(wèn)題，建立了機(jī)器人液壓系統(tǒng)能耗與節(jié)能元件參數(shù)的關(guān)系模型，通過(guò)采用和驅(qū)動(dòng)器并聯(lián)安裝彈性元器件的方法，有效的降低了液壓系統(tǒng)的工作壓力，從而達(dá)到提高液壓系統(tǒng)能效的目的。
　　3）建立了四足步行機(jī)器人的步態(tài)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了用對(duì)角步態(tài)、爬行步態(tài)前后、左右行走以及加減速、轉(zhuǎn)彎、爬坡等的運(yùn)動(dòng)的規(guī)劃與控制。建立了單腿能耗

3、模型，通過(guò)對(duì)模型的分析，得到了步行速度和邁腿步長(zhǎng)、步頻之間的關(guān)系，為步態(tài)參數(shù)的規(guī)劃提供了指導(dǎo)。
　　4）分析了機(jī)器人遠(yuǎn)程作業(yè)時(shí)驅(qū)動(dòng)出現(xiàn)故障后機(jī)器人身體剩余的運(yùn)動(dòng)能力。在殘余運(yùn)動(dòng)能力范圍內(nèi)，提出了一種容錯(cuò)步態(tài)規(guī)劃的算法。該算法通過(guò)對(duì)身體次要自由度的規(guī)劃來(lái)滿(mǎn)足故障驅(qū)動(dòng)的約束并實(shí)現(xiàn)預(yù)定步態(tài)的規(guī)劃。該方法是在正常行走步態(tài)下進(jìn)一步改進(jìn)而來(lái)，較之現(xiàn)有方法更能充分利用機(jī)器人剩余運(yùn)動(dòng)能力。
　　5）建立了四足步行機(jī)器人的虛擬仿真平臺(tái)，在虛擬