基于SEA的雙足機器人變剛度虛擬腿研究.pdf

1、雙足機器人關(guān)節(jié)自由度多，有著非常好的靈活性和環(huán)境適應能力，能夠在平坦路面、臺階、小障礙地面上行走。彈簧倒立擺模型（SLIP）是研究雙足機器人行走運動的典型理論模型。該模型由兩條線性彈簧腿和上身質(zhì)量組成，其特點是將機器人的腿部等效為兩個線性彈簧，并且彈簧的剛度會影響模型行走的穩(wěn)定性。SLIP模型穩(wěn)定行走的必要條件是彈簧腿的剛度必須控制在指定范圍內(nèi)。為了借助SLIP模型來研究機器人的穩(wěn)定行走，首先需要實現(xiàn)理論模型到物理樣機的映射，使物理樣機

2、能夠?qū)崿F(xiàn)SLIP模型變剛度虛擬腿的特性。本文圍繞雙足機器人虛擬腿變剛度問題展開研究，目的是實現(xiàn)物理樣機的虛擬腿變剛度控制?；诖?，本文完成了平面雙足機器人下肢機構(gòu)的設計，提出虛擬腿變剛度控制方法，并通過實驗驗證了控制方法的可行性。本文完成以下研究內(nèi)容：
　　本文首先分析了典型串聯(lián)彈性驅(qū)動器（SEA）的結(jié)構(gòu)和工作原理，設計了新型的串聯(lián)彈性模塊，并完成了平面雙足機器人下肢機構(gòu)設計。機器人單腿包含膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)屈伸自由度，關(guān)節(jié)的運動范圍

3、滿足平面行走的要求。然后進行了關(guān)節(jié)運動學分析，得到關(guān)節(jié)角度與液壓缸位移和彈簧壓縮量的關(guān)系，以便運動時對角度的控制?；跈C器人腿部結(jié)構(gòu)，課題研究了虛擬腿變剛度理論和變剛度控制方法，分析了控制變量對虛擬腿等效剛度的影響，并通過數(shù)值計算得到了虛擬腿等效剛度的三維曲面圖。然后提出力矩平衡控制法和變剛度曲面擬法兩種方法來實現(xiàn)對機器人虛擬腿的變剛度控制。最后進行了虛擬腿變剛度實驗和機器人行走實驗。虛擬腿變剛度實驗采用兩種控制方法進行控制，實驗時使期