被動踝關節(jié)仿人機器人站立平衡控制研究.pdf

1、仿人機器人在實際環(huán)境中工作時，平衡穩(wěn)定性是最基本的功能之一。如果機器人在遇到外界擾動無法恢復自身的平衡時，機器人將無法正常工作甚至摔倒。仿人機器人的抗擾動平衡控制研究很多，如站立平衡控制問題和跨步平衡控制問題等。但是當機器人在工作過程中某些部位的電機失效時，特別是在突發(fā)情況下，機器人如何實現抗擾動平衡控制將是一個重要的安全問題。
　　本文基于實驗室仿人機器人平臺KONG系列，研究當機器人的踝關節(jié)發(fā)生故障而不能工作時，機器人如何通過

2、髖關節(jié)和手臂的協調運動抵抗外界擾動恢復平衡。主要研究內容包括以下幾個部分:
　　1.利用多連桿模型對仿人機器人進行建模，由于多連桿模型考慮了機器人質量分布于全身，可以更加精確的描述機器人的動力學特性。通過最小二乘法辨識了機器人一些未知的結構參數，可以得到更加準確地控制律，使系統(tǒng)具有更好的魯棒性。
　　2.利用拉格朗日力學方程建模，使用LQR和模糊控制方法實現了機器人抗擾動平衡恢復。本文對拉格朗日力學方程進行變形，將力矩輸入變

3、量轉換成加速度輸入變量，這樣就可以建立能對位置機器人進行控制的狀態(tài)方程。本文還分別使用了線性控制方法和非線性控制方法對機器人進行了抗擾動平衡恢復控制，并分別在兩連桿和三連桿實物機器人上面進行了驗證。
　　3.設計了被動踝關節(jié)變阻尼控制器。本文通過積分控制設計了變阻尼被動踝關節(jié)控制器，該控制器不僅能模擬踝關節(jié)無法工作時的被動帶阻尼特性，而且能夠通過調節(jié)控制參數，模擬出不同的踝關節(jié)阻尼系數。通過在不同踝關節(jié)阻尼系數下進行實驗，我們可以