基于自由步态的六足机器人崎岖路面行走控制方法研究

摘要

由于大型六足机器人具有大承载、高稳定性等优点，使得其可用于复杂山地环境下货物运输，因而，大型六足机器人逐渐成为国内外的研究热点。大型六足机器人在崎岖路面行走时，步态需要在具备环境适应性的同时考虑稳定性能，因为一旦大型机器人失稳，将会产生不可估量的后果。如何在满足连续运动的前提下，保证机器人的步态稳定性，已经成为六足机器人崎岖坡面行走控制的重要研究方向。为了实现六足机器人在崎岖地形上的稳定行走，本文利用图表搜索的方法规划了高度适应地形变化的迈腿序列，结合足力传感器的反馈信息，借鉴昆虫的步态调整方法对机器人各足的状态进行反馈控制，使机器人生成顺应地形的自由步态，实现了机器人在崎岖坡面上稳定行走的功能。
　　首先，为了顺应不同坡度的地形，规划适应地形坡度变化的步态转换过程，使机器人生成自由步态迈腿序列。通过引入图表搜索的方法，构建了评价函数，选取运动状况良好的状态作为机器人下一步运动状态，并对下一步运动状态的稳定性进行分析，调节机器人的横向位置使机器人满足稳定裕度要求；进而进行仿真实验，实验结果表明了自由步态迈腿序列具备地形适应性强、稳定性高的优点。
　　其次，在自由步态迈腿序列的基础上，研究步态反馈控制方法，对自由步态迈腿序列进行局部调整，使机器人生成顺应地形的自由步态。考虑六足机器人在不平路面、凸包路面、沟壑路面的行走情况，分别针对性的研究了可将迈腿顺序和摆动轨迹同时进行反馈控制的步态反馈控制方法；将贝塞尔曲线、超越方程曲线与阻抗控制方法相结合，规划了柔顺平滑、缓和力冲击的触障、探沟运动轨迹；并通过仿真实验初步验证了自由步态控制方法在对应地形的有效性；在此基础上，参照实际自然环境中的崎岖地形，进一步深入建立了包括凸包、凹沟、斜坡的综合地形仿真环境，验证了自由步态控制方法在复杂环境中的有效性。
　　最后，为了综合验证六足机器人崎岖路面自由步态控制方法的有效性及实用性，进行了实物样机上的验证实验。首先将自由步态控制方法编写成C++程序，然后搭建包含凸包、斜坡的实验环境，开展了六足机器人在非平坦路面上的自由步态行走实验，实验结果验证了自由步态控制方法的有效性和实用性，为六足机器人在崎岖路面上的稳定行走控制提供了技术。

目录

第1章 绪论

1.1课题背景及意义

1.2国内外研究现状及分析

1.3研究现状总结分析

1.4主要研究内容

第2章 六足机器人自由步态序列生成方法研究

2.1引言

2.2步态的相关定义及表示方法简介

2.3步态的状态转换及约束条件分析

2.4自由步态序列生成规则建立

2.5步态稳定性调整方法研究

2.6自由步态序列生成方法仿真实验验证

2.7本章小结

第3章 六足机器人崎岖路面自由步态控制研究

3.1引言

3.2自由步态控制方法组成分析

3.3不平路面步态反馈控制方法研究

3.4触障情况下步态反馈控制方法研究

3.5探沟情况下步态反馈控制方法研究

3.6基于阻抗控制的轨迹补偿方法研究

3.7仿真实验与分析

3.8本章小结

第4章 六足机器人自由步态控制实验研究

4.1引言

4.2实验平台介绍

4.3自由步态控制实验及分析

4.4本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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