雙臂手移動機(jī)器人地面行走的研究.pdf

1、近年來，移動機(jī)器人已成為機(jī)器人研究領(lǐng)域的前沿和熱點(diǎn)方向之一。隨著研究的不斷深入，人們要求機(jī)器人能夠完成一些特殊的任務(wù)，面向塔類、空間桁架等不連續(xù)介質(zhì)應(yīng)用環(huán)境提出的多移動方式空間桁架用雙臂手移動機(jī)器人既能在地面上行走，又能在空間桁架結(jié)構(gòu)中靈活自由的穿行。本論文主要對雙臂手機(jī)器人地面行走的相關(guān)理論進(jìn)行研究。要實(shí)現(xiàn)雙臂手機(jī)器人穩(wěn)定的地面行走，涉及的研究領(lǐng)域很廣，本文研究其中一些最為基礎(chǔ)和關(guān)鍵的問題，主要有數(shù)學(xué)模型的建立、步行穩(wěn)定性與約束條件、

2、步態(tài)規(guī)劃與優(yōu)化、步行控制策略和仿真驗(yàn)證等，具體有:
　　介紹了該機(jī)器人的系統(tǒng)構(gòu)成，包括自由度配置和機(jī)械結(jié)構(gòu)部分。在分析了機(jī)器人系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在地面上的穩(wěn)定行走，介紹了雙臂手機(jī)器人的分層控制結(jié)構(gòu)，機(jī)器人的控制系統(tǒng)分三層：組織層、協(xié)調(diào)層和執(zhí)行層，分別完成任務(wù)規(guī)劃、關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)運(yùn)動控制和關(guān)節(jié)伺服控制任務(wù)。
　　推導(dǎo)雙臂手機(jī)器人期望ZMP（零力矩點(diǎn)）的廣義關(guān)節(jié)坐標(biāo)表達(dá)式，建立地面反力的六維力傳感器和一維力傳感器測量系統(tǒng)，推導(dǎo)

3、了實(shí)際機(jī)器人和虛擬樣機(jī)中的ZMP測量方法。分析各關(guān)節(jié)運(yùn)動對ZMP影響，以及ZMP偏差和機(jī)器人翻轉(zhuǎn)力矩形成的原因，提出了運(yùn)用不同理論分段控制機(jī)器人穩(wěn)定性的方法，在單腳支撐期，利用ZMP偏差信息在線補(bǔ)償支撐腳踝關(guān)節(jié)；在雙腳支撐期，利用阻抗控制來控制機(jī)器人腳和地面的接觸力。
　　對雙臂手機(jī)器人地面行走的步態(tài)規(guī)劃進(jìn)行了深入的研究，根據(jù)幾何約束條件，提出機(jī)器人靜態(tài)步行的規(guī)劃方法。為使機(jī)器人的靜態(tài)步行速度加快，在考慮各關(guān)節(jié)速度、加速度、加加速

4、度和穩(wěn)定性約束的基礎(chǔ)上，利用遺傳算法對關(guān)節(jié)空間中各關(guān)鍵點(diǎn)間的運(yùn)行時間間隔進(jìn)行優(yōu)化。仿真結(jié)果驗(yàn)證了該方法規(guī)劃的機(jī)器人軌跡能使機(jī)器人快速行走，該方法可推廣應(yīng)用到其他類型機(jī)器人軌跡規(guī)劃上。為拓展機(jī)器人的運(yùn)動能力，規(guī)劃了機(jī)器人上下臺階的關(guān)節(jié)軌跡。
　　在ADAMS中建立了雙臂手機(jī)器人的虛擬樣機(jī)系統(tǒng)，利用Matlab建立實(shí)際機(jī)器人的控制系統(tǒng)，通過ADAMS/Controls模塊建立了ADAMS和Matlab的聯(lián)合仿真系統(tǒng)。對機(jī)器人各關(guān)節(jié)的P