基于三維簡化模型的四足機器人Trot步態(tài)運動控制研究.pdf

1、四足機器人以其承載能力強、穩(wěn)定性好,而機構的冗余和復雜程度又比較低的特點,獲得大批機器人學者的青睞。而TROT步態(tài)屬于中等運動速度步態(tài),能量利用率比較高,在四足機器人中得到了廣泛的應用?，F(xiàn)有的Trot動步態(tài)的控制方法研究大多是基于平面模型開展的,因為平面模型只考慮機身的前進速度、俯仰角和跳躍高度三個自由度而對其他自由度進行約束,降低了控制方法設計的難度,易于進行理論分析。但為了讓四足機器人能夠滿足實際應用的要求,在野外進行全方位的運動,

2、需要基于三維模型對機身的其他自由度也進行控制,因此開展針對四足機器人TROT步態(tài)的三維運動控制方法研究具有重要的現(xiàn)實意義。
　　本課題來源于國家高技術研究發(fā)展計劃(863計劃)先進制造技術領域“基于仿生技術的四足機器人研究”主題項目(2011AA040701),以四足機器人三維簡化模型作為研究對象,通過分析四足動物奔跑運動的動力學特性,在由虛擬樣機和控制系統(tǒng)組成的聯(lián)合仿真平臺上,對四足機器人TROT步態(tài)三維運動的控制方法進行了深入

3、研究。
　　首先,建立了四足機器人的三維簡化模型,推導了機器人的運動學方程,對機身高度和地面傾角等控制時需要用到的變量作了規(guī)定并推導了計算公式。通過觀察動物Trot步態(tài)下的奔跑運動,規(guī)劃了四足機器人的運動狀態(tài),并對機器人在各個運動狀態(tài)中腿部的動作進行了規(guī)定。
　　其次,通過分析彈簧倒立擺模型的動力學特性,設計了針對四足機器人Trot步態(tài)的三維運動控制方法,實現(xiàn)了平坦路面下的奔跑。為改進機器人偏航運動的控制性能,設計了側移速度

4、補償策略和橫滾角調整策略。將該方法和虛擬模型控制方法相結合,使機器人既能保持生物正常奔跑時的彈簧倒立擺特性,又能在復雜路面和緊急情況下表現(xiàn)出很高的適應性和靈活性。
　　最后,利用ADAMS和MATLAB軟件建立了由虛擬樣機和控制系統(tǒng)組成的聯(lián)合仿真平臺,并在此平臺基礎上開展了一系列仿真實驗,包括平坦路面上的直行和轉彎仿真實驗、過臺階和上下坡仿真實驗以及側向抗干擾實驗。針對各個仿真實驗的結果進行了分析,驗證了控制方法的有效性,為實際機