双足直立行走机器人步态规划及其控制研究
[Abstract]:The main task of this paper is to study the control of humanoid biped upright walking robot, the core of which is gait planning algorithm and gait control algorithm. The main work and achievements of this paper are as follows: by introducing Li Qun and spinor theory, the exponential product forward kinematics model of robot leg mechanism is established. Based on the exponential product formula of the positive kinematics model, a step by step method is proposed to solve the joint angle, in which the three angles of the knee joint and the ankle joint are directly solved by the geometric method, and the three angles of the hip joint are solved by the matrix method. Using the same method, the kinematics model of robot arm and head parallel mechanism is established. By studying the mathematical model of 3D inverted pendulum, a simple parameterized expression method of motion law of 3D inverted pendulum is obtained, that is hyperbolic function representation method. At the same time, the forward direction of the robot is studied. Based on the motion law of hyperbolic sine and the motion of left and right directions based on hyperbolic cosine, a gait drop predictive control algorithm is proposed. Aiming at the research of trajectory planning for starting, stopping and stepping of robot, this paper presents a limiting maximum differential tracker and a maximum speed motion planning algorithm. These two algorithms are used for trajectory planning. At the same time can reach any target position and obtain target speed. In order to control leg vibration effectively, an active disturbance rejection algorithm with model parameters is adopted to improve the extended observer in the active disturbance rejection algorithm, which effectively solves the problem of using different types of physical feedback signals, observation angles and angular velocity signals. The stability and robustness of the system are greatly improved in practical experiments. The attitude angle of the robot is controlled by PI to realize the balance control of the robot on the inclined plane by using the attitude angle deviation of the robot. In order to improve the accuracy of attitude angle calculation, a new complementary filtering fusion method is proposed, which not only uses the acceleration direction of gravity as a reference, but also makes full use of the magnitude of gravity acceleration to reduce the influence of acceleration on angle calculation. Finally, the robot gait planning and the robot control physical experiment are completed, and the Labview and Matlab debugging host computer is programmed to debug the program before the physical experiment. The validity and correctness of kinematics model gait programming algorithm and robot control algorithm are verified by physical experiments.
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TP242
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