液压单腿机器人的设计与竖直跳跃控制研究
发布时间：2022-07-14 16:56
足式跳跃机器人具有移动能力强,运动迅速的特点,在震后救灾、战场侦察和太空探测等场景中具有很高的实用价值,日益成为机器人研究的热门领域。因此本文以机器人的跳跃能力为核心,分以下几个方面展开了竖直跳跃控制的研究工作。关节式单腿机器人的结构设计。研究了基于四连杆传动机理的髋关节和膝关节传动方案,合理地选取了结构参数和液压驱动器的布置方案,使单腿机器人具备了与人体腿部相似的自由度和运动范围,展现出了良好的仿生特性。运动学和动力学建模。建立了单腿机器人足端位置与关节角度间的正逆向解算关系,并以关节角度为自变量对液压缸行程进行了线性拟合,实现了机器人姿态的完全解耦。构造了基于拉格朗日法的动力学模型,整合了着地相和腾空相的动力学方程,并建立了关节力矩与关节角度间的线性拟合关系。以此为基础,分析了关节力矩的作用规律和地面冲击对关节力矩的影响。关节式单腿的竖直跳跃运动规划。以跳跃高度为预期指标,分析了竖直跳跃SLIP模型的运动规律。通过将机器人质心映射至模型轨迹,解算出能够驱动单腿进行预期高度跳跃的液压缸行程函数。提出了基于余弦运动的跳跃规划,并在仿真环境下验证和比较了上述两种模型的作用效果。最后结合液...
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题来源
1.2 课题背景及研究意义
1.3 国内外的研究现状及分析
1.3.1 单腿跳跃机器人研究现状
1.3.2 机器人跳跃控制
1.3.3 机器人落地缓冲策略
1.3.4 国内外研究现状简析
1.4 主要研究内容
第2章 单腿跳跃机器人建模与分析
2.1 引言
2.2 单腿跳跃机器人机构
2.3 机器人运动学建模
2.3.1 运动学坐标系的建立
2.3.2 机器人运动学解算
2.3.3 液压缸行程拟合
2.4 机器人动力学建模
2.4.1 腾空相动力学建模
2.4.2 接触相动力学建模
2.4.3 关节力臂的解算
2.5 本章小结
第3章 液压单腿机器人竖直起跳控制策略研究
3.1 引言
3.2 基于SLIP模型的竖直跳跃运动规划
3.2.1 经典SLIP模型运动学分析
3.2.2 竖直跳跃SLIP模型的建立与分析
3.2.3 基于竖直跳跃SLIP模型的轨迹规划
3.2.4 SLIP模型跳跃仿真分析
3.3 基于质心余弦运动的竖直跳跃运动规划
3.3.1 基于质心余弦运动的轨迹规划
3.3.2 余弦运动跳跃仿真分析
3.3.3 跳跃规划模型的对比与分析
3.4 基于力控制的位置规划跳跃策略
3.4.1 基于力控制的跳跃位置信号规划
3.4.2 跳跃控制策略的切换条件
3.5 本章小结
第4章 液压单腿机器人落地缓冲控制研究
4.1 引言
4.2 液压力伺服系统及阻抗控制模型的建立
4.2.1 液压动力机构分析
4.2.2 阀控非对称液压缸力伺服系统建模
4.2.3 力伺服系统补偿模型的建立与分析
4.2.4 阻抗控制方式的选择
4.2.5 单关节阻抗控制模型的建立与分析
4.3 基于关节阻抗模型的落地缓冲控制策略研究
4.3.1 恢复扭矩的定义及分析
4.3.2 关节阻抗模型落地缓冲策略的实现
4.4 基于单腿虚拟模型的落地缓冲控制策略研究
4.4.1 单腿虚拟模型的建立与分析
4.4.2 单腿虚拟模型落地缓冲策略的实现
4.4.3 基于修正SLIP模型的虚拟参数估算
4.5 基于Adams的落地缓冲仿真分析
4.5.1 关节阻抗模型仿真环境的搭建
4.5.2 关节阻抗模型的落地缓冲仿真
4.6 本章小结
第5章 液压单腿机器人竖直跳跃实验
5.1 引言
5.2 竖直跳跃实验平台的搭建
5.2.1 实验平台的结构组成
5.2.2 控制平台的搭建
5.2.3 嵌入式程序的工作架构
5.3 单腿机器人竖直跳跃及落地缓冲实验
5.3.1 无缓冲策略的落地冲击实验
5.3.2 基于关节阻抗模型的落地缓冲实验
5.3.3 基于单腿虚拟模型的落地缓冲实验
5.3.4 单腿机器人竖直跳跃实验
5.4 本章小结
结论
参考文献
附录
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]液压四足机器人单腿竖直跳跃步态规划[J]. 高炳微,王思凯,高元锋. 仪器仪表学报. 2017(05)
[2]液压驱动单元基于位置/力的阻抗控制机理分析与试验研究[J]. 巴凯先,孔祥东,朱琦歆,李春贺,赵华龙,俞滨. 机械工程学报. 2017(12)
[3]基于位置阻抗的机器人接触碰撞控制研究[J]. 刘国华,袁秋杰. 机械设计. 2016(12)
[4]电液伺服加载系统多余力分析[J]. 韩洋,吴晖,曾毅,潘阳. 液压气动与密封. 2016(09)
[5]基于临界比例度法的PID控制器参数整定[J]. 王晨丰. 数字技术与应用. 2015(06)
[6]高负载四足机器人的步态规划与控制[J]. 胡楠,李少远,黄丹,高峰. 系统仿真学报. 2015(03)
[7]跳跃机器人研究现状和趋势[J]. 魏敦文,葛文杰. 机器人. 2014(04)
[8]四足仿生机器人单腿系统[J]. 李满天,蒋振宇,郭伟,孙立宁. 机器人. 2014(01)
[9]多关节跳跃机器人的起跳机理与运动规划分析[J]. 邓坤秀,郭彬,徐鹏,李林. 应用科技. 2012(04)
[10]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)
博士论文
[1]液压驱动四足机器人柔顺及力控制方法的研究与实现[D]. 柴汇.山东大学 2016
[2]液压驱动单腿跳跃机器人控制系统研究[D]. 陈志伟.浙江大学 2016
[3]四足机器人主动柔顺及对角小跑步态运动控制研究[D]. 张国腾.山东大学 2016
[4]基于阻抗控制的多足步行机器人腿部柔顺控制研究[D]. 朱雅光.浙江大学 2014
[5]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
[6]腿式跳跃机器人运动规划与稳定性恢复研究[D]. 徐兆红.上海交通大学 2009
硕士论文
[1]液压足式机器人单关节柔顺控制的研究[D]. 夏江.哈尔滨工业大学 2017
[2]欠驱动单腿机器人膝踝协调运动研究[D]. 吴伟男.浙江大学 2017
[3]基于力伺服的液压足式机器人单腿阻抗控制的研究[D]. 储振.哈尔滨工业大学 2016
[4]液压驱动四足机器人伺服及柔顺控制研究[D]. 万智.华中科技大学 2016
[5]液压驱动单元力控系统变刚度阻尼负载特性模拟及补偿控制[D]. 吴柳杰.燕山大学 2014
[6]腿型跳跃机器人跳跃过程运动分析及仿真研究[D]. 魏禹.哈尔滨工程大学 2013
[7]摆臂对纵跳影响的生物力学机制研究[D]. 于渤洋.苏州大学 2012
本文编号：3661518
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题来源
1.2 课题背景及研究意义
1.3 国内外的研究现状及分析
1.3.1 单腿跳跃机器人研究现状
1.3.2 机器人跳跃控制
1.3.3 机器人落地缓冲策略
1.3.4 国内外研究现状简析
1.4 主要研究内容
第2章 单腿跳跃机器人建模与分析
2.1 引言
2.2 单腿跳跃机器人机构
2.3 机器人运动学建模
2.3.1 运动学坐标系的建立
2.3.2 机器人运动学解算
2.3.3 液压缸行程拟合
2.4 机器人动力学建模
2.4.1 腾空相动力学建模
2.4.2 接触相动力学建模
2.4.3 关节力臂的解算
2.5 本章小结
第3章 液压单腿机器人竖直起跳控制策略研究
3.1 引言
3.2 基于SLIP模型的竖直跳跃运动规划
3.2.1 经典SLIP模型运动学分析
3.2.2 竖直跳跃SLIP模型的建立与分析
3.2.3 基于竖直跳跃SLIP模型的轨迹规划
3.2.4 SLIP模型跳跃仿真分析
3.3 基于质心余弦运动的竖直跳跃运动规划
3.3.1 基于质心余弦运动的轨迹规划
3.3.2 余弦运动跳跃仿真分析
3.3.3 跳跃规划模型的对比与分析
3.4 基于力控制的位置规划跳跃策略
3.4.1 基于力控制的跳跃位置信号规划
3.4.2 跳跃控制策略的切换条件
3.5 本章小结
第4章 液压单腿机器人落地缓冲控制研究
4.1 引言
4.2 液压力伺服系统及阻抗控制模型的建立
4.2.1 液压动力机构分析
4.2.2 阀控非对称液压缸力伺服系统建模
4.2.3 力伺服系统补偿模型的建立与分析
4.2.4 阻抗控制方式的选择
4.2.5 单关节阻抗控制模型的建立与分析
4.3 基于关节阻抗模型的落地缓冲控制策略研究
4.3.1 恢复扭矩的定义及分析
4.3.2 关节阻抗模型落地缓冲策略的实现
4.4 基于单腿虚拟模型的落地缓冲控制策略研究
4.4.1 单腿虚拟模型的建立与分析
4.4.2 单腿虚拟模型落地缓冲策略的实现
4.4.3 基于修正SLIP模型的虚拟参数估算
4.5 基于Adams的落地缓冲仿真分析
4.5.1 关节阻抗模型仿真环境的搭建
4.5.2 关节阻抗模型的落地缓冲仿真
4.6 本章小结
第5章 液压单腿机器人竖直跳跃实验
5.1 引言
5.2 竖直跳跃实验平台的搭建
5.2.1 实验平台的结构组成
5.2.2 控制平台的搭建
5.2.3 嵌入式程序的工作架构
5.3 单腿机器人竖直跳跃及落地缓冲实验
5.3.1 无缓冲策略的落地冲击实验
5.3.2 基于关节阻抗模型的落地缓冲实验
5.3.3 基于单腿虚拟模型的落地缓冲实验
5.3.4 单腿机器人竖直跳跃实验
5.4 本章小结
结论
参考文献
附录
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]液压四足机器人单腿竖直跳跃步态规划[J]. 高炳微,王思凯,高元锋. 仪器仪表学报. 2017(05)
[2]液压驱动单元基于位置/力的阻抗控制机理分析与试验研究[J]. 巴凯先,孔祥东,朱琦歆,李春贺,赵华龙,俞滨. 机械工程学报. 2017(12)
[3]基于位置阻抗的机器人接触碰撞控制研究[J]. 刘国华,袁秋杰. 机械设计. 2016(12)
[4]电液伺服加载系统多余力分析[J]. 韩洋,吴晖,曾毅,潘阳. 液压气动与密封. 2016(09)
[5]基于临界比例度法的PID控制器参数整定[J]. 王晨丰. 数字技术与应用. 2015(06)
[6]高负载四足机器人的步态规划与控制[J]. 胡楠,李少远,黄丹,高峰. 系统仿真学报. 2015(03)
[7]跳跃机器人研究现状和趋势[J]. 魏敦文,葛文杰. 机器人. 2014(04)
[8]四足仿生机器人单腿系统[J]. 李满天,蒋振宇,郭伟,孙立宁. 机器人. 2014(01)
[9]多关节跳跃机器人的起跳机理与运动规划分析[J]. 邓坤秀,郭彬,徐鹏,李林. 应用科技. 2012(04)
[10]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)
博士论文
[1]液压驱动四足机器人柔顺及力控制方法的研究与实现[D]. 柴汇.山东大学 2016
[2]液压驱动单腿跳跃机器人控制系统研究[D]. 陈志伟.浙江大学 2016
[3]四足机器人主动柔顺及对角小跑步态运动控制研究[D]. 张国腾.山东大学 2016
[4]基于阻抗控制的多足步行机器人腿部柔顺控制研究[D]. 朱雅光.浙江大学 2014
[5]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
[6]腿式跳跃机器人运动规划与稳定性恢复研究[D]. 徐兆红.上海交通大学 2009
硕士论文
[1]液压足式机器人单关节柔顺控制的研究[D]. 夏江.哈尔滨工业大学 2017
[2]欠驱动单腿机器人膝踝协调运动研究[D]. 吴伟男.浙江大学 2017
[3]基于力伺服的液压足式机器人单腿阻抗控制的研究[D]. 储振.哈尔滨工业大学 2016
[4]液压驱动四足机器人伺服及柔顺控制研究[D]. 万智.华中科技大学 2016
[5]液压驱动单元力控系统变刚度阻尼负载特性模拟及补偿控制[D]. 吴柳杰.燕山大学 2014
[6]腿型跳跃机器人跳跃过程运动分析及仿真研究[D]. 魏禹.哈尔滨工程大学 2013
[7]摆臂对纵跳影响的生物力学机制研究[D]. 于渤洋.苏州大学 2012
本文编号：3661518
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/3661518.html
