欠驱动平面双足机器人步行控制研究

摘要

双足机器人步态规划及行走控制是双足机器人研究领域的热点和难点。另外，高能效、高速动态行走已是双足机器人步态控制研究一个重要课题。为了区别主动行走且行走更拟人，本文主要针对双足机器人步行中的欠驱动进行研究，使双足机器人实现动态行走。因此，以五连杆欠驱动平面双足机器人作为研究对象，设计控制策略对其行走进行控制，并在此基础上又设计了变速控制策略。
　　 文本主要完成了以下工作：
　　 1.建立了双足机器人运动学及动力学模型。
　　 2.设计了双足机器人的时不变控制策略，即采用反馈线性化方法设计指数稳定控制器完成步态的跟踪控制，并由庞卡莱映射分析内动态的稳定性，得到稳定的初始状态。该控制策略的实现需要解决两个问题，一方面是，带“不能观”部分的系统的跟踪控制问题；另一方面是，参考轨迹的设计问题。在该方法下设计的控制器实现了机器人的高速稳定行走。
　　 3.设计了变速行走步态及控制方法。它由两层控制结构构成：上层由模糊融合和PI控制器构成前馈反馈控制器来调整参考轨迹，即参考步态；底层为时不变控制，用于实现稳定的轨迹跟踪。文中给出的仿真实现了行走速度0.6-0.8m/s的变速。
　　 4.为验证步态设计及控制设计的效果，初步搭建了-Adams仿真平台，并进行了机器人步态仿真，且结合Matlab设计了模型-控制联合仿真。