含T型髋部的平面双足机器人运动控制研究
发布时间：2021-06-16 19:35
足式机器人具有出色的运动能力,使其能够替代人类在复杂环境中进行作业和交通运输,无论是在民用还是军工方面都具有巨大的应用价值。而其中含T型髋部平面双足机器人在节能方面具有优异的性能,所以本文针对该样机的行走和奔跑运动控制进行了研究,使其具有更强的实用价值。行走运动控制方面,在原有通过周期步态实行低能耗行走基础上,进行了进一步的拓展研究,主要研究工作如下:1.采用牛顿-欧拉正交法推导了带驱动T型髋部模型行走运动的动力学方程,论证了模型稳定行走的可行性。2.分析该模型样机仿生步行运动机理,以及机器人姿态Pitch角度与其行走稳定性之间的关系,提出了一种基于姿态Pitch角度的双闭环控制器。3.通过改变预设定姿态Pitch角度的大小,实现调节行走过程中能量补充量,有效地解决了加减速和坡道行走过程中的能量调节问题。4.在V-rep机器人仿真环境中搭建了仿真样机,实现了样机平地调速、抗扰动稳定行走,以及在5°坡道上的上下坡运动,其中调速范围为:0-0.6m/s,最后研制实体样机对控制算法的有效性进行了验证。奔跑运动控制方面,将行走模型与弹簧负载倒立摆（SLIP）理论相结合,探索奔跑运动的可行性,主...
【文章来源】：重庆邮电大学重庆市
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 足式机器人运动控制方法
1.4 本论文的组织结构安排
第2章 含T型髋部的平面双足机器人行走运动控制研究
2.1 含T型髋部驱动行走模型
2.2 含驱动模型行走动力学分析
2.2.1 摆动阶段
2.2.2 碰撞阶段
2.3 含T型髋部的平面双足机器人行走模型参数化建模
2.3.1 机器人机身的质量
2.3.2 机器人机体腿长
2.3.3 T型髋部结构参数
2.4 含T型髋部的平面双足机器人行走运动控制
2.4.1 平面双足机器人行走控制策略设计原则
2.4.2 平面双足机器人行走控制方法分析
2.5 本章小结
第3章 含T型髋部的平面双足机器人行走运动控制实现
3.1 平面双足机器人行走控制算法设计
3.1.1 电机速度控制器
3.1.2 姿态Pitch角控制器
3.1.3 控制器的对比优化
3.2 平面双足机器人行走算法仿真验证
3.2.1 仿真环境中模型搭建
3.2.2 仿真环境行走验证
3.2.3 仿真环境行走数据分析
3.3 平面双足机器人行走样机实现
3.3.1 实体样机机械结构设计
3.3.2 实体样机系统硬件设计
3.3.3 实体样机系统软件设计
3.3.4 实体样机行走
3.4 本章小结
第4章 含T型髋部的平面双足机器人奔跑运动控制研究
4.1 含T型髋部驱动奔跑模型
4.2 含T型髋部驱动模型奔跑动力学分析
4.3 含T型髋部的平面双足机器人奔跑模型参数化建模
4.4 含T型髋部的平面双足机器人奔跑运动控制
4.4.1 人类奔跑运动状态
4.4.2 机器人前向运动控制
4.4.3 机器人奔跑高度控制
4.5 本章小结
第5章 含T型髋部的平面双足机器人奔跑运动控制实现
5.1 仿真样机T型髋部搭建简化
5.2 平面双足机器人奔跑控制算法设计
5.2.1 运动状态机设计
5.2.2 奔跑前向运动控制器设计
5.2.3 奔跑高度控制器设计
5.3 平面双足机器人奔跑算法仿真验证
5.3.1 加侧向杆的双足机器人二维奔跑运动仿真
5.3.2 平面双足机器人三维奔跑运动仿真
5.4 奔跑实体样机腿部结构研制设想
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 主要工作和创新点
6.2 后续研究工作
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]增量式PID和位置式PID算法的整定比较与研究[J]. 王祎晨. 工业控制计算机. 2018(05)
[2]基于牛顿欧拉法的SCARA机器人动力学参数辨识[J]. 张铁,梁骁翃,覃彬彬,刘晓刚. 华南理工大学学报(自然科学版). 2017(10)
[3]双足机器人虚拟斜坡行走的抗扰能力研究[J]. 赵明国,董浩,张乃尧. 机器人. 2010(06)
[4]半被动双足机器人的准开环控制[J]. 付成龙,黄元林,王健美,陈恳. 机器人. 2009(02)
[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]双足行走机器人发展现状及展望[J]. 阮晓钢,仇忠臣,关佳亮. 机械工程师. 2007(02)
[7]双足机器人步态控制研究方法综述[J]. 胡凌云,孙增圻. 计算机研究与发展. 2005(05)
[8]非线性PID控制器[J]. 韩京清. 自动化学报. 1994(04)
硕士论文
[1]脉冲切换系统的稳定边界分岔及应用[D]. 刘国栋.重庆邮电大学 2017
[2]伸缩腿被动行走器的动力学建模与仿真[D]. 唐俊.重庆邮电大学 2016
[3]足式机器人运动控制与仿真[D]. 怀峥.电子科技大学 2013
本文编号：3233660
【文章来源】：重庆邮电大学重庆市
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 足式机器人运动控制方法
1.4 本论文的组织结构安排
第2章 含T型髋部的平面双足机器人行走运动控制研究
2.1 含T型髋部驱动行走模型
2.2 含驱动模型行走动力学分析
2.2.1 摆动阶段
2.2.2 碰撞阶段
2.3 含T型髋部的平面双足机器人行走模型参数化建模
2.3.1 机器人机身的质量
2.3.2 机器人机体腿长
2.3.3 T型髋部结构参数
2.4 含T型髋部的平面双足机器人行走运动控制
2.4.1 平面双足机器人行走控制策略设计原则
2.4.2 平面双足机器人行走控制方法分析
2.5 本章小结
第3章 含T型髋部的平面双足机器人行走运动控制实现
3.1 平面双足机器人行走控制算法设计
3.1.1 电机速度控制器
3.1.2 姿态Pitch角控制器
3.1.3 控制器的对比优化
3.2 平面双足机器人行走算法仿真验证
3.2.1 仿真环境中模型搭建
3.2.2 仿真环境行走验证
3.2.3 仿真环境行走数据分析
3.3 平面双足机器人行走样机实现
3.3.1 实体样机机械结构设计
3.3.2 实体样机系统硬件设计
3.3.3 实体样机系统软件设计
3.3.4 实体样机行走
3.4 本章小结
第4章 含T型髋部的平面双足机器人奔跑运动控制研究
4.1 含T型髋部驱动奔跑模型
4.2 含T型髋部驱动模型奔跑动力学分析
4.3 含T型髋部的平面双足机器人奔跑模型参数化建模
4.4 含T型髋部的平面双足机器人奔跑运动控制
4.4.1 人类奔跑运动状态
4.4.2 机器人前向运动控制
4.4.3 机器人奔跑高度控制
4.5 本章小结
第5章 含T型髋部的平面双足机器人奔跑运动控制实现
5.1 仿真样机T型髋部搭建简化
5.2 平面双足机器人奔跑控制算法设计
5.2.1 运动状态机设计
5.2.2 奔跑前向运动控制器设计
5.2.3 奔跑高度控制器设计
5.3 平面双足机器人奔跑算法仿真验证
5.3.1 加侧向杆的双足机器人二维奔跑运动仿真
5.3.2 平面双足机器人三维奔跑运动仿真
5.4 奔跑实体样机腿部结构研制设想
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 主要工作和创新点
6.2 后续研究工作
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]增量式PID和位置式PID算法的整定比较与研究[J]. 王祎晨. 工业控制计算机. 2018(05)
[2]基于牛顿欧拉法的SCARA机器人动力学参数辨识[J]. 张铁,梁骁翃,覃彬彬,刘晓刚. 华南理工大学学报(自然科学版). 2017(10)
[3]双足机器人虚拟斜坡行走的抗扰能力研究[J]. 赵明国,董浩,张乃尧. 机器人. 2010(06)
[4]半被动双足机器人的准开环控制[J]. 付成龙,黄元林,王健美,陈恳. 机器人. 2009(02)
[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]双足行走机器人发展现状及展望[J]. 阮晓钢,仇忠臣,关佳亮. 机械工程师. 2007(02)
[7]双足机器人步态控制研究方法综述[J]. 胡凌云,孙增圻. 计算机研究与发展. 2005(05)
[8]非线性PID控制器[J]. 韩京清. 自动化学报. 1994(04)
硕士论文
[1]脉冲切换系统的稳定边界分岔及应用[D]. 刘国栋.重庆邮电大学 2017
[2]伸缩腿被动行走器的动力学建模与仿真[D]. 唐俊.重庆邮电大学 2016
[3]足式机器人运动控制与仿真[D]. 怀峥.电子科技大学 2013
本文编号：3233660
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/3233660.html
