腿式機(jī)器人分布式控制系統(tǒng)與運(yùn)動(dòng)優(yōu)化.pdf

1、腿式機(jī)器人是機(jī)器人研究領(lǐng)域的重要分支，它具有生物腿的形態(tài)特征，對(duì)崎嶇地形、復(fù)雜環(huán)境具有良好的適應(yīng)能力，因此長(zhǎng)期以來(lái)一直是機(jī)器人研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。近年來(lái)，新的驅(qū)動(dòng)方法和控制方法推動(dòng)腿式機(jī)器人取得了巨大進(jìn)步。本文針對(duì)基于串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器（Series Elastic Actuator，簡(jiǎn)稱SEA）驅(qū)動(dòng)的腿式機(jī)器人設(shè)計(jì)了分布式的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng);為了合理利用機(jī)器人系統(tǒng)不同組成部分之間的內(nèi)部作用力，將腿式機(jī)器人行走運(yùn)動(dòng)規(guī)劃問(wèn)題定義成運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)問(wèn)題，以平面

2、五連桿雙腿機(jī)器人作為研究對(duì)象，提出了協(xié)調(diào)的運(yùn)動(dòng)軌跡的最優(yōu)化求解算法。
　　本文的研究?jī)?nèi)容與成果分為如下三個(gè)部分:
　　1.開(kāi)發(fā)了SEA腿式機(jī)器人分布式運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。采用模型驅(qū)動(dòng)(Model DrivenArchitecture，簡(jiǎn)稱MDA)方法設(shè)計(jì)了SEA腿式機(jī)器人分布式運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了1KHz的伺服控制，實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證了該系統(tǒng)在SEA單腿機(jī)器人上運(yùn)行良好。
　　2.提出了腿式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)優(yōu)化方法。采用拉格朗日動(dòng)力學(xué)方

3、程對(duì)平面五連桿雙腿機(jī)器人建模，綜合考慮能效和姿態(tài)設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)，通過(guò)Raleigh-Ritz法將變分問(wèn)題轉(zhuǎn)化為非線性規(guī)劃問(wèn)題，通過(guò)分析目標(biāo)函數(shù)及其梯度函數(shù)，將積分運(yùn)算轉(zhuǎn)化為向量運(yùn)算，設(shè)計(jì)了計(jì)算目標(biāo)函數(shù)值與梯度值的快速算法，最后采用非線性規(guī)劃問(wèn)題求解器獲得腿式機(jī)器人行走中關(guān)節(jié)的最優(yōu)軌跡;
　　3.開(kāi)展了腿式機(jī)器人腿部協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)分析。以最優(yōu)軌跡作為運(yùn)動(dòng)控制的參考軌跡，通過(guò)Adams與Matlab聯(lián)合仿真實(shí)驗(yàn)，觀察到經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)優(yōu)化的機(jī)器人