基于SIMMECHANICS的四足步行机器人建模与控制系统设计

摘要

步行机器人研究的出发点是模仿动物的步态。由于步行机器人数学描述的复杂性，使得对机器人运动学、动力学分析显得较为困难，因而大部分四足步行机器人采用基于模型的控制方法。该方法需要对机器人自身及周围环境建模。步行机器人的性能在很大程度上取决于步行机器人的机械结构，在复杂模型下控制器计算的实时性难以保证，控制难度较大，从而限制了机器人的性能。所以在对步行机器人运动结构设计时，必须考虑运动的灵活性、负载、能耗及稳定性等问题。
　　本文结合四足步行机器人的研究课题，对步行机器人开链机构和闭链机构进行对比，并对机器人进行运动学分析。针对四足步行机器人的稳定性问题，通过分析对比各种步态，选择了静态稳定步态方式。参照步行机器人的实际机械结构，结合四足机器人的机体结构、腿部结构及机体的运动性能，建立了四足步行机器人腿部和机体的SimMechanics电脑模型。通过对SimMechanics模型的建立及仿真结果的分析，验证了模型的合理性，为进一步分析机器人系统的性能提供了理论依据。最后在模型分析的基础上，本文选择Propeller多处理器芯片作为整个控制系统的控制器，实现了四足步行机器人的静态稳定步态。

目录

基于SIMMECHANICS的四足步行机器人建模与控制系统设计

MODELING AND CONTROL SYSTEM DESIGN OF A QUADRUPED ROBOT USING SIMMECHANICS

摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1四足步行机器人研究状况

1.2四足步行机器人存在的问题

1.3本文主要工作和论文安排

1.4 本章小结

第2章 四足步行机器人机构对比分析

2.1四足步行机器人机构分析

2.2 腿部机构对比

2.3平面连杆机构特点总结

2.4 本章小结

第3章 步行机器人运动学分析

3.1 四足步行机器人坐标系分析

3.2 四足步行机器人运动学分析

3.3 本章小结

第4章 四足机器人稳定性分析与步态规划

4.1 步行机器人单腿模型分析

4.2 四足步行机器人稳定步态参数及稳定性分析

4.3步态分析

4.4 本章小结

第5章 四足机器人的SimMechanics模型建立

5.1引言

5.2 四足步行机器人运动分析

5.3 SimMechanics的四足步行机器人建模

5.4 模拟验证与结果分析

5.5 本章小结

第6章 四足步行机器人硬件系统设计

6.1 设计要求

6.2 机器人伺服电机及其对象介绍

第7章 四足步行机器人软件系统设计

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢

个人简历