基于SLIP模型的四足机器人控制方法及实现
发布时间：2020-12-26 01:01
近年来,四足机器人由于其在复杂野外环境下的应用潜力而逐渐成为仿生机器人研究领域的重要课题。基于传统步态规划策略下的静步态行走机器人不能满足四足机器人对于复杂环境的适应性要求,制约了其实际应用。本文针对四足机器人的动态性能控制问题,重点研究基于弹簧负载倒立摆模型（SLIP,Spring Loaded Inverted Pendulum）动力学模型的控制策略,提出基于SLIP模型的小跑运动控制方法,提高了四足机器人的动态性能,主要研究工作有:以四足动物为模板,总结了其相关步态参数和步态种类,通过分析其腿部构造,得到了四足机器人最佳的关节配置方式并将其应用到机器人的结构设计中去。然后利用Denavit-Hartenberg方法（以下简称D-H方法）对四足机器人进行了正、逆运动学建模与分析,得到了足端位姿和关节角度之间的对应关系。通过对SLIP模型的有效性分析得知何种条件下SLIP模型在给定时不变环境中具有一致运动有效性。然后分析了SLIP模型的周期性运动,给出了其飞行相和着地相的动力学方程以及切换条件,并对如何将SLIP控制原理运用到四足机器人的整体控制中进行了分析,提出了四足机器人的SLI...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究工作的背景与意义
1.2 国内外多足机器人发展概况
1.2.1 四足机器人系统研究现状
1.2.2 四足机器人控制方法研究现状
1.3 本文主要研究内容
第二章 四足机器人运动学建模
2.1 引言
2.2 四足机器人步态概述
2.2.1 四足动物步态的定义与分类
2.2.2 四足机器人的关节配置方式
2.3 仿生四足机器人运动学建模
2.3.1 四足机器人运动学概述
2.3.2 四足机器人正运动学建模
2.3.3 四足机器人逆运动学建模
2.4 本章小结
第三章 基于SLIP运动特性的四足机器人单腿弹跳运动分析
3.1 引言
3.2 SLIP模型的运动有效性分析
3.2.1 运动有效性的定义
3.2.2 运动失效性分析
3.3 基于SLIP原理的四足机器人单腿动力学模型
3.3.1 SLIP模型运动过程分析
3.3.2 基于SLIP原理的单腿弹跳动力学分析
3.4 基于SLIP模型的四足机器人等效运动分析
3.5 本章小结
第四章 基于SLIP模型的四足机器人运动控制方法
4.1 引言
4.2 四足机器人对角小跑运动控制分解
4.3 四足机器人对角小跑运动控制方法
4.3.1 基于着地角调节的前进速度控制策略
4.3.2 四足机器人运动高度控制策略
4.3.3 机器人机身俯仰姿态角调节策略
4.4 四足机器人运动轨迹规划与控制
4.4.1 对角小跑运动步态控制策略
4.4.2 基于SLIP模型的对角小跑步态稳定性分析
4.4.3 膝关节着地相轨迹规划
4.4.4 腿部腾空相足端轨迹规划
4.5 四足机器人足底阻抗控制
4.5.1 阻抗控制原理
4.5.2 机器人足底阻抗控制
4.6 本章小结
第五章 单腿跳跃平台的实验验证与分析
5.1 引言
5.2 单腿跳跃平台的搭建
5.2.1 单腿机械结构的设计
5.2.2 关节执行机构
5.2.3 硬件及通讯系统
5.3 力矩电机建模与仿真分析
5.4 单腿跳跃仿真与平台控制测试实验
5.4.1 单腿平台运动性能测试实验
5.4.2 基于 SLIP 系统的单腿弹跳仿真实验
5.4.3 单腿弹跳平台控制方法测试实验
5.5 本章小结
第六章 总结
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于多虚拟元件的直腿四足机器人Trot步态控制[J]. 李满天,蒋振宇,王鹏飞,孙立宁. 吉林大学学报(工学版). 2015(05)
[2]BigDog四足机器人关键技术分析[J]. 丁良宏. 机械工程学报. 2015(07)
[3]高负载四足机器人的步态规划与控制[J]. 胡楠,李少远,黄丹,高峰. 系统仿真学报. 2015(03)
[4]高性能液压驱动四足机器人SCalf的设计与实现[J]. 柴汇,孟健,荣学文,李贻斌. 机器人. 2014(04)
[5]四足机器人砂砾地面对角行走控制方法[J]. 程品,罗欣,顾瀚戈. 装备制造技术. 2014(04)
[6]四足仿生机器人单腿系统[J]. 李满天,蒋振宇,郭伟,孙立宁. 机器人. 2014(01)
[7]四足机器人对角小跑步态的研究[J]. 陈佳品,程君实,冯萍,马培荪,潘俊民,席裕庚. 上海交通大学学报. 1997(06)
[8]“JTUWM-Ⅲ”型四足步行机器人足底测力系统的研究[J]. 冯萍,程君实,陈佳品. 微型机与应用. 1997(03)
[9]全方位四足步行机器人JTUWM－Ⅱ转弯步态控制的研究[J]. 马培荪,马烈. 上海交通大学学报. 1995(05)
本文编号：2938728
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究工作的背景与意义
1.2 国内外多足机器人发展概况
1.2.1 四足机器人系统研究现状
1.2.2 四足机器人控制方法研究现状
1.3 本文主要研究内容
第二章 四足机器人运动学建模
2.1 引言
2.2 四足机器人步态概述
2.2.1 四足动物步态的定义与分类
2.2.2 四足机器人的关节配置方式
2.3 仿生四足机器人运动学建模
2.3.1 四足机器人运动学概述
2.3.2 四足机器人正运动学建模
2.3.3 四足机器人逆运动学建模
2.4 本章小结
第三章 基于SLIP运动特性的四足机器人单腿弹跳运动分析
3.1 引言
3.2 SLIP模型的运动有效性分析
3.2.1 运动有效性的定义
3.2.2 运动失效性分析
3.3 基于SLIP原理的四足机器人单腿动力学模型
3.3.1 SLIP模型运动过程分析
3.3.2 基于SLIP原理的单腿弹跳动力学分析
3.4 基于SLIP模型的四足机器人等效运动分析
3.5 本章小结
第四章 基于SLIP模型的四足机器人运动控制方法
4.1 引言
4.2 四足机器人对角小跑运动控制分解
4.3 四足机器人对角小跑运动控制方法
4.3.1 基于着地角调节的前进速度控制策略
4.3.2 四足机器人运动高度控制策略
4.3.3 机器人机身俯仰姿态角调节策略
4.4 四足机器人运动轨迹规划与控制
4.4.1 对角小跑运动步态控制策略
4.4.2 基于SLIP模型的对角小跑步态稳定性分析
4.4.3 膝关节着地相轨迹规划
4.4.4 腿部腾空相足端轨迹规划
4.5 四足机器人足底阻抗控制
4.5.1 阻抗控制原理
4.5.2 机器人足底阻抗控制
4.6 本章小结
第五章 单腿跳跃平台的实验验证与分析
5.1 引言
5.2 单腿跳跃平台的搭建
5.2.1 单腿机械结构的设计
5.2.2 关节执行机构
5.2.3 硬件及通讯系统
5.3 力矩电机建模与仿真分析
5.4 单腿跳跃仿真与平台控制测试实验
5.4.1 单腿平台运动性能测试实验
5.4.2 基于 SLIP 系统的单腿弹跳仿真实验
5.4.3 单腿弹跳平台控制方法测试实验
5.5 本章小结
第六章 总结
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于多虚拟元件的直腿四足机器人Trot步态控制[J]. 李满天,蒋振宇,王鹏飞,孙立宁. 吉林大学学报(工学版). 2015(05)
[2]BigDog四足机器人关键技术分析[J]. 丁良宏. 机械工程学报. 2015(07)
[3]高负载四足机器人的步态规划与控制[J]. 胡楠,李少远,黄丹,高峰. 系统仿真学报. 2015(03)
[4]高性能液压驱动四足机器人SCalf的设计与实现[J]. 柴汇,孟健,荣学文,李贻斌. 机器人. 2014(04)
[5]四足机器人砂砾地面对角行走控制方法[J]. 程品,罗欣,顾瀚戈. 装备制造技术. 2014(04)
[6]四足仿生机器人单腿系统[J]. 李满天,蒋振宇,郭伟,孙立宁. 机器人. 2014(01)
[7]四足机器人对角小跑步态的研究[J]. 陈佳品,程君实,冯萍,马培荪,潘俊民,席裕庚. 上海交通大学学报. 1997(06)
[8]“JTUWM-Ⅲ”型四足步行机器人足底测力系统的研究[J]. 冯萍,程君实,陈佳品. 微型机与应用. 1997(03)
[9]全方位四足步行机器人JTUWM－Ⅱ转弯步态控制的研究[J]. 马培荪,马烈. 上海交通大学学报. 1995(05)
本文编号：2938728
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