雙臂手移動機器人地面行走的研究.pdf

1、近年來，移動機器人已成為機器人研究領域的前沿和熱點方向之一。隨著研究的不斷深入，人們要求機器人能夠完成一些特殊的任務，面向塔類、空間桁架等不連續(xù)介質應用環(huán)境提出的多移動方式空間桁架用雙臂手移動機器人既能在地面上行走，又能在空間桁架結構中靈活自由的穿行。本論文主要對雙臂手機器人地面行走的相關理論進行研究。要實現(xiàn)雙臂手機器人穩(wěn)定的地面行走，涉及的研究領域很廣，本文研究其中一些最為基礎和關鍵的問題，主要有數(shù)學模型的建立、步行穩(wěn)定性與約束條件、

2、步態(tài)規(guī)劃與優(yōu)化、步行控制策略和仿真驗證等，具體有:
　　介紹了該機器人的系統(tǒng)構成，包括自由度配置和機械結構部分。在分析了機器人系統(tǒng)的基礎上，為實現(xiàn)機器人在地面上的穩(wěn)定行走，介紹了雙臂手機器人的分層控制結構，機器人的控制系統(tǒng)分三層：組織層、協(xié)調層和執(zhí)行層，分別完成任務規(guī)劃、關節(jié)協(xié)調運動控制和關節(jié)伺服控制任務。
　　推導雙臂手機器人期望ZMP（零力矩點）的廣義關節(jié)坐標表達式，建立地面反力的六維力傳感器和一維力傳感器測量系統(tǒng)，推導

3、了實際機器人和虛擬樣機中的ZMP測量方法。分析各關節(jié)運動對ZMP影響，以及ZMP偏差和機器人翻轉力矩形成的原因，提出了運用不同理論分段控制機器人穩(wěn)定性的方法，在單腳支撐期，利用ZMP偏差信息在線補償支撐腳踝關節(jié)；在雙腳支撐期，利用阻抗控制來控制機器人腳和地面的接觸力。
　　對雙臂手機器人地面行走的步態(tài)規(guī)劃進行了深入的研究，根據(jù)幾何約束條件，提出機器人靜態(tài)步行的規(guī)劃方法。為使機器人的靜態(tài)步行速度加快，在考慮各關節(jié)速度、加速度、加加速

4、度和穩(wěn)定性約束的基礎上，利用遺傳算法對關節(jié)空間中各關鍵點間的運行時間間隔進行優(yōu)化。仿真結果驗證了該方法規(guī)劃的機器人軌跡能使機器人快速行走，該方法可推廣應用到其他類型機器人軌跡規(guī)劃上。為拓展機器人的運動能力，規(guī)劃了機器人上下臺階的關節(jié)軌跡。
　　在ADAMS中建立了雙臂手機器人的虛擬樣機系統(tǒng)，利用Matlab建立實際機器人的控制系統(tǒng)，通過ADAMS/Controls模塊建立了ADAMS和Matlab的聯(lián)合仿真系統(tǒng)。對機器人各關節(jié)的P