被动踝关节仿人机器人站立平衡控制研究

发布时间：2017-12-21 05:25

  本文关键词：被动踝关节仿人机器人站立平衡控制研究　出处：《浙江大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：仿人机器人在实际环境中工作时,平衡稳定性是最基本的功能之一。如果机器人在遇到外界扰动无法恢复自身的平衡时,机器人将无法正常工作甚至摔倒。仿人机器人的抗扰动平衡控制研究很多,如站立平衡控制问题和跨步平衡控制问题等。但是当机器人在工作过程中某些部位的电机失效时,特别是在突发情况下,机器人如何实现抗扰动平衡控制将是一个重要的安全问题。本文基于实验室仿人机器人平台KONG系列,研究当机器人的踝关节发生故障而不能工作时,机器人如何通过髋关节和手臂的协调运动抵抗外界扰动恢复平衡。主要研究内容包括以下几个部分：1.利用多连杆模型对仿人机器人进行建模,由于多连杆模型考虑了机器人质量分布于全身,可以更加精确的描述机器人的动力学特性。通过最小二乘法辨识了机器人一些未知的结构参数,可以得到更加准确地控制律,使系统具有更好的鲁棒性。2.利用拉格朗日力学方程建模,使用LQR和模糊控制方法实现了机器人抗扰动平衡恢复。本文对拉格朗日力学方程进行变形,将力矩输入变量转换成加速度输入变量,这样就可以建立能对位置机器人进行控制的状态方程。本文还分别使用了线性控制方法和非线性控制方法对机器人进行了抗扰动平衡恢复控制,并分别在两连杆和三连杆实物机器人上面进行了验证。3.设计了被动踝关节变阻尼控制器。本文通过积分控制设计了变阻尼被动踝关节控制器,该控制器不仅能模拟踝关节无法工作时的被动带阻尼特性,而且能够通过调节控制参数,模拟出不同的踝关节阻尼系数。通过在不同踝关节阻尼系数下进行实验,我们可以得知不同机械结构的被动踝关节仿人机器人抗扰动平衡恢复特性。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242

【参考文献】

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1 贾丁;仿人机器人概述[J];机器人技术与应用;2002年05期

2 谢涛,徐建峰,张永学,强文义;仿人机器人的研究历史、现状及展望[J];机器人;2002年04期

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本文编号：1314887