3-D双足机器人的动态步行及其控制方法研究
发布时间：2021-01-13 05:58
双足机器人具有人类的外观特征并直接模仿人类的步行方式,因而可以适应人类的生活和工作环境,能够代替人类完成各种作业,具有广泛的应用前景。为提高3-D双足机器人动态步行的规划效率,发展3-D双足机器人动态步行的渐近稳定控制与切换控制方法,实现不确定性扰动下3-D双足机器人动态步行的鲁棒控制,本文依托国家自然科学基金面上项目“双足机器人多源随机不确定性建模与智能控制及其动力学仿真实验”（11372270）、“3-D双足机器人步态切换与多目标优化以及随机不确定性鲁棒控制方法”（11772292）以及重大研究计划培育项目“仿人机器人刚-柔-软多体耦合动力学建模与全身协调控制方法”（91748126）,开展了 3-D双足机器人的动态步行及其控制方法研究。论文的主要研究工作以及章节安排包括:第一章介绍了双足机器人的研究背景与意义,综述了双足机器人步态规划方法、步态控制方法、切换控制方法以及鲁棒控制的研究现状,分析了现有研究尚待解决的问题,进而提出了本文的研究内容。第二章介绍了 3-D双足机器人动态步行研究中需要用到的一些基础理论和方法,主要包括动力学建模方法、虚约束方法、周期步态规划方法、混杂零动态...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 3-D双足机器人步态规划与控制的研究现状
1.2.1 步态规划的研究现状
1.2.2 步态控制的研究现状
1.2.3 步态切换的研究现状
1.3 3-D双足机器人鲁棒控制的研究现状
1.4 本文主要研究内容
第2章 3-D双足机器人动态步行研究的基础理论与方法
2.1 引言
2.2 基于拉格朗日法的动力学建模
2.2.1 机器人连杆模型与步行假设
2.2.2 坐标系统的建立
2.2.3 混杂动力学模型
2.3 动态步行的虚约束与零动态
2.4 基于虚约束方法的周期步态规划
2.5 基于庞卡莱映射的步态稳定性分析
2.6 基于事件的反馈控制
2.7 本章小结
第3章 基于步态修正的3-D双足机器人动态步行规划研究
3.1 引言
3.2 基于虚约束方法的初始步态规划
3.3 基于牛顿-拉夫逊迭代算法的步态修正
3.3.1 步态的修正原理
3.3.2 步态的修正步骤
3.4 仿真验证
3.5 本章小结
第4章 非对称3-D双足机器人动态步行的渐近稳定控制研究
4.1 引言
4.2 非对称情形下的动力学模型
4.3 基于启发式变量的运动控制器设计
4.4 非对称情形下基于事件的反馈控制器设计
4.4.1 控制器构建与设计目标
4.4.2 控制器参数设计
4.5 仿真验证
4.6 本章小结
第5章 3-D双足机器人动态步行的切换控制研究
5.1 引言
5.2 机器人的参考步态规划
5.3 基于分层控制的切换控制方法
5.3.1 基于事件的自适应反馈控制器设计
5.3.2 基于参数优化的切换控制器设计
5.4 仿真验证
5.4.1 基于事件的自适应反馈控制器的有效性验证
5.4.2 步速切换仿真
5.4.3 步长切换仿真
5.5 本章小结
第6章 不确定性扰动下3-D双足机器人动态步行的鲁棒控制研究
6.1 引言
6.2 不确定性扰动下机器人的动力学模型
6.3 基于特定庞卡莱映射的稳定性分析方法
6.4 针对不确定性扰动的自适应滑模控制器设计
6.5 非平整路面下机器人动态步行的鲁棒控制
6.6 仿真验证
6.6.1 滑模控制器的适应性验证
6.6.2 滑模控制器的参数分析
6.6.3 不确定性扰动下机器人动态步行的鲁棒性验证
6.6.4 非平整路面下机器人动态步行的鲁棒性验证
6.7 本章小结
第7章 基于GTX-Ⅲ型仿人机器人样机的步行仿真与实验研究
7.1 引言
7.2 GTX-Ⅲ型仿人机器人样机介绍
7.2.1 机器人整体结构
7.2.2 机器人控制系统
7.3 基于ADAMS的虚拟样机搭建
7.4 机器人实验方案设计
7.5 外部扰动下机器人的步行仿真与实验
7.5.1 外部扰动下机器人的步行仿真分析
7.5.2 外部扰动下机器人的步行实验结果
7.6 非平整路面下机器人的步行仿真与实验
7.6.1 非平整路面下机器人的步行仿真分析
7.6.2 非平整路面下机器人的步行实验结果
7.7 本章小结
第8章 总结与展望
8.1 总结
8.2 展望
参考文献
攻读博士学位期间发表（录用）的学术论文
攻读博士学位期间授权的发明专利
攻读博士学位期间参加的主要科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于步态切换的欠驱动双足机器人控制方法[J]. 葛一敏,袁海辉,甘春标. 力学学报. 2018(04)
[2]基于质心运动状态的双足机器人欠驱动步行稳定控制[J]. 姚道金,王杨,姚渊,丁加涛,肖晓晖. 机器人. 2017(03)
[3]动态双足机器人的控制与优化研究进展[J]. 田彦涛,孙中波,李宏扬,王静. 自动化学报. 2016(08)
[4]给定手部作业轨迹的仿人机器人推操作研究[J]. 肖涛,黄强,杨洁,余张国,张伟民. 机器人. 2008(05)
[5]动态步行双足机器人THR-I的设计与实现[J]. 付成龙,陈恳,王健美,黄元林. 机器人. 2008(02)
[6]仿人机器人的研究历史、现状及展望[J]. 谢涛,徐建峰,张永学,强文义. 机器人. 2002(04)
[7]一种双足步行机器人的步态规划方法[J]. 胡洪志,马宏绪. 机器人技术与应用. 2002(03)
博士论文
[1]欠驱动双足机器人动态步行规划与抗扰动控制[D]. 李超.浙江大学 2015
[2]仿人机器人在线运动规划方法研究[D]. 王剑.国防科学技术大学 2008
本文编号：2974350
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 3-D双足机器人步态规划与控制的研究现状
1.2.1 步态规划的研究现状
1.2.2 步态控制的研究现状
1.2.3 步态切换的研究现状
1.3 3-D双足机器人鲁棒控制的研究现状
1.4 本文主要研究内容
第2章 3-D双足机器人动态步行研究的基础理论与方法
2.1 引言
2.2 基于拉格朗日法的动力学建模
2.2.1 机器人连杆模型与步行假设
2.2.2 坐标系统的建立
2.2.3 混杂动力学模型
2.3 动态步行的虚约束与零动态
2.4 基于虚约束方法的周期步态规划
2.5 基于庞卡莱映射的步态稳定性分析
2.6 基于事件的反馈控制
2.7 本章小结
第3章 基于步态修正的3-D双足机器人动态步行规划研究
3.1 引言
3.2 基于虚约束方法的初始步态规划
3.3 基于牛顿-拉夫逊迭代算法的步态修正
3.3.1 步态的修正原理
3.3.2 步态的修正步骤
3.4 仿真验证
3.5 本章小结
第4章 非对称3-D双足机器人动态步行的渐近稳定控制研究
4.1 引言
4.2 非对称情形下的动力学模型
4.3 基于启发式变量的运动控制器设计
4.4 非对称情形下基于事件的反馈控制器设计
4.4.1 控制器构建与设计目标
4.4.2 控制器参数设计
4.5 仿真验证
4.6 本章小结
第5章 3-D双足机器人动态步行的切换控制研究
5.1 引言
5.2 机器人的参考步态规划
5.3 基于分层控制的切换控制方法
5.3.1 基于事件的自适应反馈控制器设计
5.3.2 基于参数优化的切换控制器设计
5.4 仿真验证
5.4.1 基于事件的自适应反馈控制器的有效性验证
5.4.2 步速切换仿真
5.4.3 步长切换仿真
5.5 本章小结
第6章 不确定性扰动下3-D双足机器人动态步行的鲁棒控制研究
6.1 引言
6.2 不确定性扰动下机器人的动力学模型
6.3 基于特定庞卡莱映射的稳定性分析方法
6.4 针对不确定性扰动的自适应滑模控制器设计
6.5 非平整路面下机器人动态步行的鲁棒控制
6.6 仿真验证
6.6.1 滑模控制器的适应性验证
6.6.2 滑模控制器的参数分析
6.6.3 不确定性扰动下机器人动态步行的鲁棒性验证
6.6.4 非平整路面下机器人动态步行的鲁棒性验证
6.7 本章小结
第7章 基于GTX-Ⅲ型仿人机器人样机的步行仿真与实验研究
7.1 引言
7.2 GTX-Ⅲ型仿人机器人样机介绍
7.2.1 机器人整体结构
7.2.2 机器人控制系统
7.3 基于ADAMS的虚拟样机搭建
7.4 机器人实验方案设计
7.5 外部扰动下机器人的步行仿真与实验
7.5.1 外部扰动下机器人的步行仿真分析
7.5.2 外部扰动下机器人的步行实验结果
7.6 非平整路面下机器人的步行仿真与实验
7.6.1 非平整路面下机器人的步行仿真分析
7.6.2 非平整路面下机器人的步行实验结果
7.7 本章小结
第8章 总结与展望
8.1 总结
8.2 展望
参考文献
攻读博士学位期间发表（录用）的学术论文
攻读博士学位期间授权的发明专利
攻读博士学位期间参加的主要科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于步态切换的欠驱动双足机器人控制方法[J]. 葛一敏,袁海辉,甘春标. 力学学报. 2018(04)
[2]基于质心运动状态的双足机器人欠驱动步行稳定控制[J]. 姚道金,王杨,姚渊,丁加涛,肖晓晖. 机器人. 2017(03)
[3]动态双足机器人的控制与优化研究进展[J]. 田彦涛,孙中波,李宏扬,王静. 自动化学报. 2016(08)
[4]给定手部作业轨迹的仿人机器人推操作研究[J]. 肖涛,黄强,杨洁,余张国,张伟民. 机器人. 2008(05)
[5]动态步行双足机器人THR-I的设计与实现[J]. 付成龙,陈恳,王健美,黄元林. 机器人. 2008(02)
[6]仿人机器人的研究历史、现状及展望[J]. 谢涛,徐建峰,张永学,强文义. 机器人. 2002(04)
[7]一种双足步行机器人的步态规划方法[J]. 胡洪志,马宏绪. 机器人技术与应用. 2002(03)
博士论文
[1]欠驱动双足机器人动态步行规划与抗扰动控制[D]. 李超.浙江大学 2015
[2]仿人机器人在线运动规划方法研究[D]. 王剑.国防科学技术大学 2008
本文编号：2974350
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