基于ASLIP模型的脊柱型四足机器人跳跃运动控制方法研究
发布时间：2021-01-24 21:01
四足机器人具有良好的运动灵活性和环境适应性,是机器人研究领域的热点。随着研究的深入和对机器人运动性能需求的提高,四足机器人研究领域分化出以高速运动为目标的研究分支。生物学研究显示,跳跃步态是四足动物典型的高速对称步态,且多种动物在高速速度中存在脊柱大幅地参与运动,而相应的脊柱型四足机器人的理论及运动控制研究却鲜见报道。当前研究大多孤立了脊柱环节,鲜有整机的建模研究以及运动控制方法研究。在该方向的研究势必推动仿生工程和机器人运动控制等方面的发展,此外,以其高速运动的特点,在军事侦察、救震救灾和未来生活等领域也将具有广阔的应用前景。首先,本文以分析猎豹的运动特性入手,建立了脊柱型四足机器人七杆模型,以及构建了ASLIP动力学模型,使用拉格朗日方程推导了其跳跃运动的动力学方程;迭代运算动力学微分方程,使用庞加莱映射方法搜索了机器人七杆模型基于ASLIP跳跃运动的不动点,结果显示不动点在固定能量层级下呈区域性分布;不动点的对比结果显示基于ASLIP模型的运动比基于SLIP模型的运动能适应更高的稳态运动速度,并作了触地力、脊柱角和稳定性等特性分析。为脊柱型四足机器人跳跃运动提供了动力学模型和理论...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
WalkingTrunk四足步行车
仅仅停留在脊柱作用形式的理论研究层面，缺少面向机器人整机作运动控制的法研究，如何有效利用脊柱实现四足机器人高速运动仍是一个关键的且有待解的问题。针对带有脊柱的四足机器人的运动控制问题，本文将以猎豹的运动为分析象，旨在研究一种适用于脊柱型四足机器人的动力学模型，并研究一种基于该型的跳跃运动控制方法，解决脊柱型四足机器人研究领域当前存在的运动控制题，为脊柱型四足机器人高速运动提供理论支撑。1.2 国内外研究现状1.2.1 四足机器人研究现状1968 年，Mosher 研制出了世界上第一台四足步行车 Walking Trunk[15]，自开启了四足机器人领域的发展历史。最初的四足机器人均采用静步态爬行，运速度过慢，难以满足快速行走的需求。1979 年，MIT Leg Laboratory 的 Marc Raib等人基于 SLIP 模型提出三分控制法，并成功应用于单足、双足和四足机器人[2实现了机器人的动步态运动，成为高性能四足机器人研究的里程碑[16]。
图 1-3 BigDog 图 1-4 HyQ而相比于轮式和履带式机械，四足机器人过低的运动速度依然是限制其实的重要问题，如何进一步提升四足机器人运动速度成为研究的瓶颈。生物发现，猎豹在高速奔跑时脊柱大幅度地有规律地伸展和收缩，对其高速运积极的作用[11]。这为高速型四足机器人的研究带来启发，向原有的四足机性躯体中引入脊柱环节，期望获得良好的运动性能。者 Yamafuji 等人较早开展了脊柱型机器人研究，1992 年，使用气动肌肉研一个脊柱关节的猫型机器人仅用于自由下落时身体状态变化研究[19-21]。德国卡尔斯鲁厄大学开展了脊柱型四足机器人研究，BISAM 机器人的脊柱个回转自由度，使用神经振子算法，然而仅能实现静步态行走[22-24]。200 Takao 使用 CPG 控制，实现了体长 0.4m 的猫型四足机器人 0.4m/s 速度的运动[25]。2008 年学者 Tsujita 使用非线性震荡网络控制器产生运动，进行了柱型四足机器人的行走和对角小跑步态的研究，得到稳定节律运动[26]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于中枢神经模式的四足机器人步态控制[J]. 黄博,姚玉峰,孙立宁. 机械工程学报. 2010(07)
[2]基于生物中枢模式发生器原理的四足机器人[J]. 郑浩峻,张秀丽,关旭,汪劲松. 清华大学学报(自然科学版). 2004(02)
博士论文
[1]基于SLIP归约模型的足式机器人动步态控制研究[D]. 于海涛.哈尔滨工业大学 2014
本文编号：2997924
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
WalkingTrunk四足步行车
仅仅停留在脊柱作用形式的理论研究层面，缺少面向机器人整机作运动控制的法研究，如何有效利用脊柱实现四足机器人高速运动仍是一个关键的且有待解的问题。针对带有脊柱的四足机器人的运动控制问题，本文将以猎豹的运动为分析象，旨在研究一种适用于脊柱型四足机器人的动力学模型，并研究一种基于该型的跳跃运动控制方法，解决脊柱型四足机器人研究领域当前存在的运动控制题，为脊柱型四足机器人高速运动提供理论支撑。1.2 国内外研究现状1.2.1 四足机器人研究现状1968 年，Mosher 研制出了世界上第一台四足步行车 Walking Trunk[15]，自开启了四足机器人领域的发展历史。最初的四足机器人均采用静步态爬行，运速度过慢，难以满足快速行走的需求。1979 年，MIT Leg Laboratory 的 Marc Raib等人基于 SLIP 模型提出三分控制法，并成功应用于单足、双足和四足机器人[2实现了机器人的动步态运动，成为高性能四足机器人研究的里程碑[16]。
图 1-3 BigDog 图 1-4 HyQ而相比于轮式和履带式机械，四足机器人过低的运动速度依然是限制其实的重要问题，如何进一步提升四足机器人运动速度成为研究的瓶颈。生物发现，猎豹在高速奔跑时脊柱大幅度地有规律地伸展和收缩，对其高速运积极的作用[11]。这为高速型四足机器人的研究带来启发，向原有的四足机性躯体中引入脊柱环节，期望获得良好的运动性能。者 Yamafuji 等人较早开展了脊柱型机器人研究，1992 年，使用气动肌肉研一个脊柱关节的猫型机器人仅用于自由下落时身体状态变化研究[19-21]。德国卡尔斯鲁厄大学开展了脊柱型四足机器人研究，BISAM 机器人的脊柱个回转自由度，使用神经振子算法，然而仅能实现静步态行走[22-24]。200 Takao 使用 CPG 控制，实现了体长 0.4m 的猫型四足机器人 0.4m/s 速度的运动[25]。2008 年学者 Tsujita 使用非线性震荡网络控制器产生运动，进行了柱型四足机器人的行走和对角小跑步态的研究，得到稳定节律运动[26]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于中枢神经模式的四足机器人步态控制[J]. 黄博,姚玉峰,孙立宁. 机械工程学报. 2010(07)
[2]基于生物中枢模式发生器原理的四足机器人[J]. 郑浩峻,张秀丽,关旭,汪劲松. 清华大学学报(自然科学版). 2004(02)
博士论文
[1]基于SLIP归约模型的足式机器人动步态控制研究[D]. 于海涛.哈尔滨工业大学 2014
本文编号：2997924
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