變剛度柔性關(guān)節(jié)的動(dòng)態(tài)剛度辨識(shí)和控制方法研究.pdf

1、足式機(jī)器人中引入可變剛度的柔性關(guān)節(jié)，可以根據(jù)機(jī)器人運(yùn)行狀況和地形條件實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)關(guān)節(jié)剛度，從而有效地減少機(jī)器人運(yùn)行時(shí)與地面的沖擊力，起到保護(hù)機(jī)器人本體的作用，同時(shí)增強(qiáng)地形適應(yīng)能力。目前已經(jīng)有研究人員設(shè)計(jì)出多款可變剛度的柔性關(guān)節(jié)，但是由于缺乏有效的動(dòng)態(tài)剛度辨識(shí)方法，難以快速準(zhǔn)確地得到關(guān)節(jié)實(shí)際動(dòng)態(tài)剛度值，從而不能引入實(shí)時(shí)剛度值作為負(fù)反饋構(gòu)成閉環(huán)的關(guān)節(jié)剛度控制系統(tǒng)，很大程度上限制了變剛度特性在足式機(jī)器人中的應(yīng)用。本課題針對(duì)該問(wèn)題，對(duì)在線的變剛度

2、關(guān)節(jié)動(dòng)態(tài)剛度辨識(shí)方法進(jìn)行研究，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了變剛度關(guān)節(jié)的動(dòng)態(tài)剛度和運(yùn)動(dòng)控制研究。
　　首先，針對(duì)變剛度關(guān)節(jié)力矩的非線性特性問(wèn)題，引入了泰勒展開(kāi)近似替代非線性的關(guān)節(jié)力矩，并使用卡爾曼濾波算法進(jìn)行泰勒展開(kāi)項(xiàng)系數(shù)的辨識(shí)，在此基礎(chǔ)上導(dǎo)出關(guān)節(jié)剛度的辨識(shí)算法。考慮到進(jìn)行關(guān)節(jié)剛度實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)時(shí)關(guān)節(jié)剛度調(diào)節(jié)參數(shù)變化對(duì)關(guān)節(jié)力矩的影響，在關(guān)節(jié)動(dòng)態(tài)剛度辨識(shí)問(wèn)題中先對(duì)參數(shù)進(jìn)行解耦而后再對(duì)關(guān)節(jié)力矩進(jìn)行泰勒展開(kāi)，解決了關(guān)節(jié)變剛度柔性關(guān)節(jié)的動(dòng)態(tài)剛度辨識(shí)問(wèn)題。此外

3、，還研究了關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和阻尼系數(shù)的辨識(shí)方法，得到了較精確的結(jié)果，為后期關(guān)節(jié)動(dòng)態(tài)剛度的辨識(shí)提供了基礎(chǔ)。
　　其次，針對(duì)變剛度柔性關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)剛度和關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)控制問(wèn)題，在關(guān)節(jié)動(dòng)態(tài)剛度可以在線辨識(shí)的基礎(chǔ)上，提出了有效的關(guān)節(jié)剛度的閉環(huán)控制方法；在關(guān)節(jié)剛度控制的前提下，提出了有效的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)閉環(huán)控制方法；將關(guān)節(jié)剛度和運(yùn)動(dòng)控制方法進(jìn)行整合，提出了有效的變剛度柔性關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)剛度和關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)混合控制方法。
　　最后，基于關(guān)節(jié)的動(dòng)態(tài)剛度辨識(shí)方法和控制