欠驅(qū)動單腿機器人膝踝協(xié)調(diào)運動研究.pdf

1、腿足機器人具有良好的運動性能和地形適應能力，一直是機器人領域研究的熱點。單腿機器人是腿足機器人的一個重要分支，研究其跳躍機理可以為仿人機器人和多足機器人的快速跑跳運動提供理論依據(jù)。目前國內(nèi)外單腿機器人仍以兩自由度關節(jié)為主，機器人的運動性能和能量效率受到限制。本文基于仿生思想，在單腿機器人中加入腳踝關節(jié)，采用SEA(Series Elastic Actuator)作為關節(jié)執(zhí)行器。這樣不僅可以提高機器人跳躍運動的能力，還可以減緩機器人落地時

2、的沖擊力并存儲跳躍過程中的能量，提高機器人跳躍運動的穩(wěn)定性和能量效率。但是，隨著機器人關節(jié)數(shù)量的增加，機器人的運動規(guī)劃和控制難度也將增加。
　　本文面向基于SEA關節(jié)的三段式單腿機器人，以提高機器人的跳躍性能和能量效率為目標開展研究，研究內(nèi)容分為以下方面:
　　1.運動規(guī)劃與控制算法。本文針對機器人的多關節(jié)冗余問題，在飛行相中，設計逆運動學優(yōu)化算法;在站立相中，結合人體的運動學和動力學規(guī)律，以能耗最小為目標，定義膝踝協(xié)調(diào)的評

3、價指標，設計運動學規(guī)劃算法，并設計彈簧控制率從而控制機器人站立相的膝踝關節(jié)運動。
　　2.控制參數(shù)優(yōu)化算法。本文針對彈簧控制率中膝踝關節(jié)的彈簧剛度選取問題，以膝踝協(xié)調(diào)評價指標最高為優(yōu)化目標，采用PSO算法優(yōu)化膝踝關節(jié)的彈簧剛度;提出變剛度的能量補償算法，補償機器人落地沖擊時的能量損耗。
　　3.機器人跳躍運動控制實驗。本文分別在機器人仿真平臺和實物機器人上開展了實驗。在仿真平臺中，通過PSO算法的剛度優(yōu)化結果和變剛度能量補償