基于等效动力学模型的猎豹机器人疾驰步态控制算法研究

发布时间：2021-02-23 23:16

　　对以猎豹机器人疾驰为代表的四足机器人奔跑过程的分析与控制一直是困难的问题,因为系统控制自由度众多,加之节律和动力学规律的作用及相互影响,造成了时序和空间上的高度复杂度。本研究的目标在于通过建立被控制对象的等效动力学模型,形成有效的工程性方法。研究内容分为以下四个部分:首先,为了较全面地描述猎豹疾驰步态的时序特征,建立了一套以有限状态机和积分规则为基础的节律生成器。节律生成器以猎豹疾驰步态节律特征为基础,以相和相位描述各部位的运动过程和运动瞬间,以有限状态机表示猎豹各运动相之间的转换关系,以积分规则来模拟相位的渐变。各类节律状态变量自动变化,并受到运动感知输入的调节,从而与运动状态相协调。其次,为了分析躯干运动学状态的影响因素,建立了猎豹疾驰步态的腿部支撑状态等效动力学模型。等效动力学模型以双质点模型模拟猎豹惯量特性,以杆件的动作模拟足部相对于质心的运动规律。根据连杆动作对猎豹质心运动学性质的影响,建立足部轨迹运动规划的依据。为了实现运动的连贯性,需要重点控制机器人在驱动相期间的运动从而调节腾空期间的弹道式运动。然后,构建了仿生猎豹机器人的实时控制算法,建立了一套前馈控制为主、反馈控制为... 

【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：105 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
符号说明
第一章 绪论
    1.1 仿生猎豹机器人研究的意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 四足机器人步态节律模型综述
        1.2.2 腿式运动控制理论与方法
        1.2.3 四足机器人奔跑动态控制方法
        1.2.4 四足机器人高速奔跑研究现状
    1.3 猎豹机器人关键技术与难点
    1.4 本文主要研究内容
第二章 猎豹疾驰步态节律建模
    2.1 猎豹疾驰步态节律特征分析
    2.2 猎豹疾驰步态时序模型
    2.3 步态节律生成器建模
        2.3.1 步态节律生成器组成
        2.3.2 步态有限状态机模型
        2.3.3 步态节律积分规则
    2.4 本章小结
第三章 猎豹机器人仿生设计及运动学分析
    3.1 猎豹机器人仿生设计
        3.1.1 猎豹结构形态仿生分析
        3.1.2 猎豹机器人躯干特征计算及构型设计
    3.2 猎豹机器人腿部仿生设计
        3.2.1 猎豹机器人腿部仿生分析
        3.2.2 腿部构型运动学计算
    3.3 本章小结
第四章 猎豹机器人动力学等效及分析
    4.1 猎豹机器人动力学模型等效
    4.2 等效模型与关节运动的坐标转换
        4.2.1 等效模型与关节运动的坐标转换过程
        4.2.2 等效模型到规划空间的坐标转换
        4.2.3 规划空间到关节空间的坐标转换
    4.3 猎豹机器人腿部支撑状态建模与分析
        4.3.1 腿部支撑状态模型动力学分析
        4.3.2 腿部动力学作用分析
    4.4 本章小结
第五章 猎豹机器人躯干及腿部控制方法
    5.1 猎豹机器人的控制原理
    5.2 猎豹机器人的运动规划
        5.2.1 柔性躯干控制及其对腿部影响的补偿
        5.2.2 基于足部轨迹的腿部控制方法
    5.3 本章小结
第六章 猎豹疾驰步态仿真及物理样机实验研究
    6.1 虚拟猎豹疾驰步态仿真
    6.2 疾驰步态仿真实验结果
        6.2.1 运动状态分析
        6.2.2 稳定性分析
    6.3 猎豹机器人疾驰步态实验平台设计
        6.3.1 疾驰步态平台实验系统组成
        6.3.2 猎豹机器人系统组成
        6.3.3 疾驰步态控制器计算流程
    6.4 物理样机疾驰步态实验结果
    6.5 本章小结
第七章 结论
    7.1 研究成果
    7.2 创新点
    7.3 研究展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间的学术成果



本文编号：3048398