足式机器人步态规划与平衡恢复策略研究

摘要

足式仿生机器人由于具备仿人行走、代替人类完成各种复杂操作的巨大潜在价值,是当前机器人研究领域的前沿,并已催生了一系列相关理论及原型机,但目前足式机器人技术距离成熟阶段仍有一段距离,当前技术条件下,足式机器人技术在步态规划与平衡控制等方面依旧存在不少问题尚未完全解决,值得展开深入研究。
　　本文围绕足式机器人的步态规划与平衡恢复问题展开研究。先对足式机器人国内外当前研究现状与热点进行了介绍,在此基础上,首先对足式机器人进行步态设计,对步行机器人足尖在前进与竖直方向分别参照复合摆线在坐标空间进行轨迹规划,根据机器人自身机构约束通过逆运动学解得所有腿部关节角度变化曲线输入虚拟样机进行仿真实验验证,进一步地,选取直流伺服电机和Elmo驱动器搭建了一个双足机器人实验平台进行仿人步行实验。其次针对四足机器人在行走时常见的受外力干扰及地面崎岖不平等情况分别进行研究探索,四足机器人由于行走时只有几个支撑点与地面接触,运动的灵活性大大提高,但也因而导致重心不稳,故极易受到不平坦地面或是受到外力干扰的影响,本文通过调整四足机器人支撑腿的伸缩与摆动来实时修正重心姿态的偏差,而当受到突发瞬时较大的外力干扰时,由于瞬间机器人可能在较大的外力影响下已经产生较为严重的倾翻趋势,此时仅调整支撑腿已经难以扭转机器人倾翻的状态,故设计使四足机器人的摆动腿朝倾翻方向迈步来缓解机器人的侧向运动速度,以便尽快恢复四足机器人平衡状态。之后通过多体动力学仿真平台Recurdyn导入四足机器人虚拟样机模型进行机械控制联合仿真验证以上所设计的算法效用。

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第一章 绪 论

1.1研究背景和意义

1.2足式机器人的研究现状

1.3 足式机器人技术的研究综述

1.3论文的主要研究内容与论文结构

第二章 双足机器人步态规划设计

2.1引言

2.2双足机器人虚拟样机模型介绍

2.3双足机器人步态规划

2.4双足机器人步态规划仿真

2.5双足机器人实验平台

2.6双足机器人步行实验

2.7本章小结

第三章 四足机器人仿生步态规划

3.1引言

3.2四足机器人虚拟样机模型介绍

3.3 四足机器人步态规划

3.4虚拟样机仿真实验验证

3.5本章小结

第四章 四足机器人平衡恢复控制算法研究

4.1引言

4.2四足机器人姿态控制算法设计

4.3虚拟样机仿真实验验证

4.4四足机器人迈步策略设计

4.5虚拟样机仿真实验验证

4.6本章小结

第五章 全文总结与展望

5.1本文的主要工作和贡献

5.2未来工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文