仿生六足機(jī)器人模塊化控制單元及其力控制研究.pdf

1、六足機(jī)器人因其設(shè)計思想來源于自然界中的節(jié)肢動物，所以對于復(fù)雜地形有很強(qiáng)的適應(yīng)能力。另外，低等生物對復(fù)雜非結(jié)構(gòu)化地形的適應(yīng)性給予我們重要啟示，既以腿部系統(tǒng)為單位基于感知和神經(jīng)系統(tǒng)的反射控制可以簡化復(fù)雜的運動。因此，本課題從功能仿生和控制仿生的角度，以腿部模塊化和復(fù)雜運動規(guī)劃底層化為核心思想，通過模塊化腿部系統(tǒng)設(shè)計和力控制單元設(shè)計，實現(xiàn)六足機(jī)器人高效、穩(wěn)定的步行運動。
　　本文首先設(shè)計了具備獨立控制單元和感知系統(tǒng)的模塊化腿部系統(tǒng)。采用

2、ARM處理器為核心控制單元，以EPOS2 Module36/2模塊作為驅(qū)動器執(zhí)行腿部三個電機(jī)的驅(qū)動，并且采用CANopen通信協(xié)議實現(xiàn)控制器與各驅(qū)動器之間的通信。在腿部系統(tǒng)原有傳感器配置的基礎(chǔ)上，設(shè)計了足端力信號采集模塊，采用有源二階低通濾波器對力信號的采集進(jìn)行優(yōu)化。其次，在設(shè)計控制算法之前，對其運動學(xué)進(jìn)行了分析。分析了擺動腿的正運動學(xué)、逆運動學(xué)以及雅克比矩陣。根據(jù)運動學(xué)方程分析了足端工作空間，結(jié)果表明，機(jī)器人具有很好的運動靈活性。并對

3、三足支撐情況下，軀干位姿與支撐腿關(guān)節(jié)角之間的關(guān)系進(jìn)行了分析。再次，采用足端力柔順控制策略改進(jìn)崎嶇地形機(jī)器人運動的穩(wěn)定性。基于主動阻抗控制理論建立最基本的力跟蹤控制算法?；诃h(huán)境模型，分析了穩(wěn)態(tài)力誤差與環(huán)境參數(shù)之間的關(guān)系。為改善原算法，采用環(huán)境參數(shù)在線辨識算法對原力跟蹤算法進(jìn)行改進(jìn)。最后采用模型參考自適應(yīng)方法補(bǔ)償環(huán)境模型的不確定性，進(jìn)一步提高力跟蹤算法的適用性。環(huán)境參數(shù)在線辨識算法以及模型參考自適應(yīng)方法均采用李雅普諾夫穩(wěn)定性定理來設(shè)計。最