被動(dòng)雙足機(jī)器人穩(wěn)定性分析與步態(tài)控制.pdf

1、被動(dòng)雙足機(jī)器人是機(jī)器人研究領(lǐng)域的一個(gè)重要的分支，以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能耗低、類人步態(tài)等特點(diǎn)被人們所熟知。由于被動(dòng)雙足機(jī)器人的發(fā)展時(shí)間較短，相關(guān)的研究尚未成熟，被動(dòng)雙足機(jī)器人尚不能應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)實(shí)踐中。但是，被動(dòng)雙足機(jī)器人廣闊的應(yīng)用前景和實(shí)用價(jià)值，使得被動(dòng)雙足機(jī)器人成為近年來機(jī)器人研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。
　　本文以Compass-like被動(dòng)雙足機(jī)器人簡(jiǎn)化模型為基礎(chǔ)，在前人研究的基礎(chǔ)上通過引入驅(qū)動(dòng)控制裝置設(shè)計(jì)了一種理論上能夠?qū)崿F(xiàn)水平面行走的被動(dòng)雙

2、足機(jī)器人模型。針對(duì)模型進(jìn)行合理簡(jiǎn)化，通過對(duì)被動(dòng)雙足機(jī)器人模型的步態(tài)分析，將模型周期步態(tài)分為兩個(gè)階段:擺動(dòng)腿擺動(dòng)階段和擺動(dòng)腿足地沖擊階段。針對(duì)機(jī)器人步態(tài)的不同階段分別采用拉格朗日第二類方程和角動(dòng)量守恒等方式進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模。
　　根據(jù)建立的被動(dòng)雙足機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行穩(wěn)定性分析。引進(jìn)龐加萊映射，通過Newton-Raphson迭代法求解被動(dòng)雙足機(jī)器人的穩(wěn)定不動(dòng)點(diǎn)和機(jī)器人模型的穩(wěn)定性判據(jù)。通過MATLAB仿真實(shí)現(xiàn)被動(dòng)雙足機(jī)器人穩(wěn)定周期步

3、態(tài)極限環(huán)。討論并分析了影響被動(dòng)雙足機(jī)器人模型穩(wěn)定周期步態(tài)行走的情況，得出了被動(dòng)雙足機(jī)器人模型穩(wěn)定步態(tài)行走的初始條件。通過分析被動(dòng)雙足機(jī)器人模型的各部分機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)模型穩(wěn)定性的影響對(duì)被動(dòng)雙足機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化?？紤]到模型引入外部驅(qū)動(dòng)，針對(duì)模型的外部驅(qū)動(dòng)引入擾動(dòng)分析模型的魯棒性。
　　針對(duì)被動(dòng)雙足機(jī)器人模型，為實(shí)現(xiàn)模型的穩(wěn)定周期步態(tài)行走，采用三種步態(tài)控制:PID控制、迭代學(xué)習(xí)控制以及單神經(jīng)元控制。利用MATLAB對(duì)三種控制