高速四足机器人液压支腿动力学分析及运动控制
发布时间：2022-02-15 17:15
步足式移动机器人相较于传统的轮式以及履带式等移动式机器人对非结构化环境具有更强的适应能力,但其系统复杂,在目标移动速度方面尚未达到传统轮式以及履带式等移动机器人的移动速度,出于真实背景对步足式移动机器人速度的需求,在保证步足式机器人对非结构化环境适应能力基础上如何提高其移动速度成为研究热点之一。本文以步足式移动机器人家族中的代表即四足式移动机器人为研究对象,结合仿生学原理,从四足机器人整机实现高速奔跑目标出发分析得到四足机器人实现高速奔跑关键在于其单腿运动性能,单腿运动性能与其结构参数和控制策略密切相关。从分析四足机器人运动特点出发,将四足机器人奔跑过程分解为单腿腾空运动相和单腿落地支撑运动相。根据是否考虑液压缸和活塞杆质量,分别建立腾空简化动力学模型和腾空动力学模型,分析液压缸和活塞杆质量在单腿腾空运动相下对液压缸出力的影响。在腾空简化动力学模型基础上,结合单腿运动学,提出一种基于动力学模型优化的足端轨迹生成算法,结果表明该算法生成的轨迹可有效减少单腿腾空运动相下液压缸的出力,为单腿腾空运动相控制提供了基础。根据是否考虑液压缸和活塞杆质量,分别建立单腿落地支撑运动相下简化动力学模型和...
【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】：104 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
“WalkingTruck”四足机器人
四足机器人的运动单元为单腿，研究单腿的运动控制是提高四足机器人整机速度的基础，只有当单腿运动控制能够满足整机需求且具备余量时，整机才有希望达到其需求的前进速度，因而研究单腿运动控制具有基础性质的意义。1.3 国内外相关领域研究现状1.3.1 国内外四足机器人研究现状国外的四足机器人发展历史较久，最早的四足机器人“WalkingTruck”如图 11 所示，其依靠人手操纵杆实现基本的运动，其整机笨重移动速度缓慢[1]。而后相继出现的四足机器人由于计算机技术发展的限制以及控制方法的不成熟，其运动方式以静态步态方式为主，即在四足机器人移动过程始终有三条腿触地四足机器人身体重心的投影始终处于其三足所形成的三角形区域内，这种运动控制策略极大限制了四足机器人的运动速度。该阶段具有代表性的四足机器人有日本 HIROSE·FUKUSHIMAROBTICSLAB 实验室研发的 KMUO-I 四足机器人，其是世界上第一台能够自主行走的机器人，采用静态步态行走，前进速度缓慢[2]，如图 1-2 所示。
哈尔滨工业大学工学硕士论文缓冲、离地跳跃过程，上述过程是一个全该概念第一次将动态引入足式机器人的控要意义[3]。图 1-3 是 Raibert 教授带领团队个自由度，分别为髋关节处的外展自由度，其使用了基于弹簧倒立摆模型的三分控bound 步态三种步态高速运动。
【参考文献】：
期刊论文
[1]关于四足机器人足端行走轨迹优化设计仿真[J]. 原钢,李丽宏. 计算机仿真. 2018(10)
[2]仿猎豹四足机器人结构设计与分析[J]. 马宗利,吕荣基,刘永超,张培强,王建明. 北京理工大学学报. 2018(01)
[3]基于CPG的四足机器人运动控制[J]. 刘汉迪,贾文川. 计量与测试技术. 2017(09)
[4]基于CPG的四足机器人抗侧向冲击的动态稳定性研究[J]. 罗庆生,周晨阳,贾燕,高剑锋,刘芳政. 北京理工大学学报. 2015(04)
[5]四足仿生机器人混联腿构型设计及比较[J]. 田兴华,高峰,陈先宝,齐臣坤. 机械工程学报. 2013(06)
[6]基于足端轨迹规划算法的液压四足机器人步态控制策略[J]. 王立鹏,王军政,汪首坤,何玉东. 机械工程学报. 2013(01)
[7]液压驱动四足仿生机器人的结构设计和步态规划[J]. 李贻斌,李彬,荣学文,孟健. 山东大学学报(工学版). 2011(05)
[8]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)
[9]机器人轨迹规划新方法的研究[J]. 陶其铭,柯尊忠. 机床与液压. 2003(04)
[10]全方位四足步行机器人的运动学研究[J]. 马培荪,窦小红,刘臻. 上海交通大学学报. 1994(02)
博士论文
[1]四足机器人对角小跑步态虚拟模型直觉控制方法研究[D]. 谢惠祥.国防科学技术大学 2015
[2]基于SLIP模型的四足机器人对角小跑步态控制研究[D]. 蒋振宇.哈尔滨工业大学 2014
[3]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
[4]SCalf液压驱动四足机器人的机构设计与运动分析[D]. 荣学文.山东大学 2013
硕士论文
[1]可实现跳跃功能的四足机器人单腿结构设计与运动建模分析[D]. 宋康康.郑州轻工业学院 2018
[2]基于虚拟模型和主动阻抗控制的双足机器人动态行走研究[D]. 边增华.哈尔滨工业大学 2017
[3]离散自适应控制器在阀控非对称缸电液伺服系统中的应用[D]. 张毅.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：3627016
【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】：104 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
“WalkingTruck”四足机器人
四足机器人的运动单元为单腿，研究单腿的运动控制是提高四足机器人整机速度的基础，只有当单腿运动控制能够满足整机需求且具备余量时，整机才有希望达到其需求的前进速度，因而研究单腿运动控制具有基础性质的意义。1.3 国内外相关领域研究现状1.3.1 国内外四足机器人研究现状国外的四足机器人发展历史较久，最早的四足机器人“WalkingTruck”如图 11 所示，其依靠人手操纵杆实现基本的运动，其整机笨重移动速度缓慢[1]。而后相继出现的四足机器人由于计算机技术发展的限制以及控制方法的不成熟，其运动方式以静态步态方式为主，即在四足机器人移动过程始终有三条腿触地四足机器人身体重心的投影始终处于其三足所形成的三角形区域内，这种运动控制策略极大限制了四足机器人的运动速度。该阶段具有代表性的四足机器人有日本 HIROSE·FUKUSHIMAROBTICSLAB 实验室研发的 KMUO-I 四足机器人，其是世界上第一台能够自主行走的机器人，采用静态步态行走，前进速度缓慢[2]，如图 1-2 所示。
哈尔滨工业大学工学硕士论文缓冲、离地跳跃过程，上述过程是一个全该概念第一次将动态引入足式机器人的控要意义[3]。图 1-3 是 Raibert 教授带领团队个自由度，分别为髋关节处的外展自由度，其使用了基于弹簧倒立摆模型的三分控bound 步态三种步态高速运动。
【参考文献】：
期刊论文
[1]关于四足机器人足端行走轨迹优化设计仿真[J]. 原钢,李丽宏. 计算机仿真. 2018(10)
[2]仿猎豹四足机器人结构设计与分析[J]. 马宗利,吕荣基,刘永超,张培强,王建明. 北京理工大学学报. 2018(01)
[3]基于CPG的四足机器人运动控制[J]. 刘汉迪,贾文川. 计量与测试技术. 2017(09)
[4]基于CPG的四足机器人抗侧向冲击的动态稳定性研究[J]. 罗庆生,周晨阳,贾燕,高剑锋,刘芳政. 北京理工大学学报. 2015(04)
[5]四足仿生机器人混联腿构型设计及比较[J]. 田兴华,高峰,陈先宝,齐臣坤. 机械工程学报. 2013(06)
[6]基于足端轨迹规划算法的液压四足机器人步态控制策略[J]. 王立鹏,王军政,汪首坤,何玉东. 机械工程学报. 2013(01)
[7]液压驱动四足仿生机器人的结构设计和步态规划[J]. 李贻斌,李彬,荣学文,孟健. 山东大学学报(工学版). 2011(05)
[8]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)
[9]机器人轨迹规划新方法的研究[J]. 陶其铭,柯尊忠. 机床与液压. 2003(04)
[10]全方位四足步行机器人的运动学研究[J]. 马培荪,窦小红,刘臻. 上海交通大学学报. 1994(02)
博士论文
[1]四足机器人对角小跑步态虚拟模型直觉控制方法研究[D]. 谢惠祥.国防科学技术大学 2015
[2]基于SLIP模型的四足机器人对角小跑步态控制研究[D]. 蒋振宇.哈尔滨工业大学 2014
[3]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
[4]SCalf液压驱动四足机器人的机构设计与运动分析[D]. 荣学文.山东大学 2013
硕士论文
[1]可实现跳跃功能的四足机器人单腿结构设计与运动建模分析[D]. 宋康康.郑州轻工业学院 2018
[2]基于虚拟模型和主动阻抗控制的双足机器人动态行走研究[D]. 边增华.哈尔滨工业大学 2017
[3]离散自适应控制器在阀控非对称缸电液伺服系统中的应用[D]. 张毅.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：3627016
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