平面移动关节四足机器人结构设计与步行方法研究

摘要

机器人技术集中了机械工程、电子工程、通信工程、自动控制工程以及人工智能工程等多学科的最新科研成果,代表了一个国家的高新科技水平和工业自动化水平。步行机器人是机器人研究领域的的热点之一,当前步行机器人面临的主要问题是机器人难以象人和动物一样通过相对复杂的地貌,本文通过设计和分析一个平面四足机器人,对步行机器人在复杂地貌上的行走进行一定研究,具体工作如下:
　　 首先,本文分析讨论了国内外典型的四足仿生机器人的结构特点以及控制方法,并总结归纳了机器人基础理论的发展历程。本文采用了马洪文提出的一种基于预期控制期望落地点(DLP)的行走方法,并详细介绍了其原理以及实现方法。
　　 其次,本文设计了一种用于验证平面四足仿生机器人DLP行走方法的四足机器人,整个机器人结构由1个躯体和4条结构完全相同的腿部组成,只具有8个自由度,使其能够沿水平方向和竖直方向运动,将水平运动曲线和竖直运动曲线相拟合即可得到腿部的运动轨迹。另外,对移动关节式四足仿生机器人的总体控制方案进行了设计。
　　 再次,本文对移动关节式四足仿生机器人进行了仿真。使用ADAMS和Matlab/Simulink联合对移动关节式四足仿生机器人的虚拟样机进行行走运动仿真,验证其DLP行走方法的可行性和正确性,该机器人可以在平坦地貌和复杂地貌上稳定和平稳的行走。
　　 最后使用dSPACE仿真系统对移动关节式四足仿生机器人的单腿进行单腿运动试验,主要包括足尖定位和运动轨迹跟踪试验,以验证其机械结构的可行性和正确性,最终拟合出一条单腿的运动轨迹。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 四足仿生机器人国内外发展现状

1.2.1 四足仿生机器人国外发展现状

1.2.2 四足仿生机器人国内发展现状

1.2.3 国内外经典四足仿生机器人比较

1.3 论文的主要内容和论文结构

1.3.1 论文的主要研究内容

1.3.2 论文结构

第2章 四足机器人复杂地貌DPL行走方法研究

2.1 引言

2.2 腿式仿生机器人基础理论概述

2.3 四足仿生机器人复杂地貌DPL行走方法研究

2.3.1 期望落地点(DIP)行走方法研究的意义

2.3.2 期望落地点(DLP)行走方法原理概述

2.3.3 期望落地点选取方法研究

2.3.4 单腿运动轨迹研究

2.3.5 在平坦地貌上匀速行走期望离线腿部运动轨迹研究

2.3.6 在复杂地貌上腿部运动轨迹的在线修正研究

2.3.7 ZMP的实时计算研究

2.4 本章小结

第3章 四足仿生机器人的结构设计与控制方案设计

3.1 引言

3.2 四足仿生机器人实验平台总体方案

3.3 四足仿生机器人行走轨道设计与研究

3.4 四足仿生机器人平面约束机构设计与研究

3.5 四足仿生机器人机构设计与研究

3.5.1 移动关节式四足仿生机器人整体结构方案设计研究

3.5.2 移动关节式四足仿生机器人腿部方案设计研究

3.5.3 移动关节式四足仿生机器人躯体方案设计研究

3.6 四足仿生机器人控制系统总体设计

3.6.1 主控模块设计

3.6.2 关节控制模块设计

3.6.3 关节驱动模块设计

3.7 本章小结

第4章 四足仿生机器人运动轨迹规划仿真实验

4.1 引言

4.2 仿真软件的选择及特点

4.2.1 机械系统仿真软件ADAMS

4.2.2 机械控制系统仿真软件Matlab/Simulink

4.3 DLP步行运动仿真实验

4.3.1 仿真模型的建立

4.3.2 仿真模型控制系统的建立

4.3.3 DLP步行运动仿真实验过程与结果分析

4.4 本章小结

第5章 四足仿生机器人单腿基于dSPACE实验

5.1 引言

5.2 dSPACE仿真系统简介

5.3 搭建实验平台

5.4 单腿仿真实验

5.4.1 闭环控制系统性能测试

5.4.2 单移动关节仿真实验

5.4.3 单腿仿真实验

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢