基于阻抗控制的重型六足机器人柔顺控制研究

摘要

随着科学技术的发展和人们需求的提高，使用重型足式机器人代替车辆在复杂地形下进行物资和人员的运输成为了一个新的发展方向，而六足机器人兼有地形适应性高和承载能力高的特点，是这一研究方向的首选对象。相比于车辆，六足机器人自由度多，对驾驶员的操作要求过高，目前未见关于驾驶员如何实时操作六足机器人以适应复杂地形的相关研究成果报道。另一方面，重型足式机器人的重量和刚度的比值较大，机器人会发生变形，不可当做刚体来处理，而相关研究成果亦少见报道。因此本文针对由驾驶员操控的重型六足机器人在复杂地形下行走的柔顺控制问题展开研究。
　　首先，根据足式机器人的特点，建立了基于足端离散点的地形拟合方法。针对驾驶员对车辆的驾驶习惯，根据拟合的地形，约束了机体的三个自由度，简化了驾驶员的操作。根据操作员给定的运动参数和地形几何参数，得到机体的运动速度和轨迹，再根据机体的运动轨迹自上而下的解算足端轨迹，完成了在驾驶员参与下的复杂地形中的机器人运动规划问题，并可在一定程度上柔顺机器人的运动。
　　其次，以机器人的变形为切入点，建立了腿部弹簧阻尼模型，提出了一种基于变形协调约束的足力分配方法，并分析了足力分配有解的情况。采用了阻抗控制方法实现实际足力动态跟踪目标足力。根据解算的足力和机器人腿部弹簧模型，解算腿部变形并进行补偿，对机体位姿进行前馈补偿；根据目标位姿与实际位姿的差值，通过悬挂模型对机体位姿进行反馈调节。
　　最后，建立了重型六足机器人虚拟样机模型，分析了机器人的受力情况并建立了简化的机器人柔性模型。依次建立了平坦水平面、崎岖水平面、复杂地形、柔性地面模型，分别在这些地形上进行了仿真实验，对比了添加位姿调节和足力调节前后机器人的各项参数，分析了调节效果。

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第1章 绪论

1.1课题背景

1.2国内外研究现状分析

1.3本课题研究内容

第2章 具有地形适应性的运动规划方法研究

2.1引言

2.2六足机器人单腿运动学方程建立

2.3面向驾驶员的足式机器人运动方法研究

2.4足端轨迹规划

2.5本章小结

第3章 基于阻抗控制的重型机器人柔顺控制方法

3.1引言

3.2基于变形协调约束的足力规划方法

3.3基于足端虚拟阻抗模型的足力调控方法

3.4重型六足机器人变形补偿及位姿调控

3.5本章小结

第4章 基于虚拟样机的重型六足机器人仿真实验

4.1引言

4.2机器人模型建立及仿真环境设置

4.3仿真实验

4.4本章小结

结论

参考文献

声明

致谢